Linux作業(yè)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)源產(chǎn)品，它也是一個(gè)開(kāi)源軟體的實(shí)踐和應(yīng)用平臺(tái)。在這個(gè)平臺(tái)下，有無(wú)數(shù)的開(kāi)源軟體支撐，如apache、tomcat、mysql、php等。開(kāi)源軟體的最大理念是自由和開(kāi)放。因此，作為一個(gè)開(kāi)源平臺(tái)，linux的目標(biāo)是透過(guò)這些開(kāi)源軟體的支持，以最低廉的成本，達(dá)到應(yīng)用最優(yōu)的效能。談到效能問(wèn)題，主要實(shí)現(xiàn)的是linux作業(yè)系統(tǒng)和應(yīng)用程式的最佳結(jié)合。

一、效能問(wèn)題綜述

#系統(tǒng)的效能是指作業(yè)系統(tǒng)完成任務(wù)的有效性、穩(wěn)定性和反應(yīng)速度。 Linux系統(tǒng)管理員可能經(jīng)常會(huì)遇到系統(tǒng)不穩(wěn)定、反應(yīng)速度慢等問(wèn)題，例如在linux上搭建了一個(gè)web服務(wù)，經(jīng)常出現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)無(wú)法打開(kāi)、打開(kāi)速度慢等現(xiàn)象，而遇到這些問(wèn)題，就有人會(huì)抱怨linux系統(tǒng)不好，其實(shí)這些都是表面現(xiàn)象。作業(yè)系統(tǒng)完成一個(gè)任務(wù)時(shí)，與系統(tǒng)本身設(shè)定、網(wǎng)路拓樸結(jié)構(gòu)、路由設(shè)備、路由策略、存取設(shè)備、實(shí)體線路等多個(gè)面向都密切相關(guān)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的效能。因此當(dāng)linux應(yīng)用程式出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)從應(yīng)用程式、作業(yè)系統(tǒng)、伺服器硬體、網(wǎng)路環(huán)境等方面綜合排查，定位問(wèn)題出現(xiàn)在哪個(gè)部分，然後集中解決。

在應(yīng)用程式、作業(yè)系統(tǒng)、伺服器硬體、網(wǎng)路環(huán)境等方面，影響效能最大的是應(yīng)用程式和作業(yè)系統(tǒng)兩個(gè)方面，因?yàn)檫@兩個(gè)方面出現(xiàn)的問(wèn)題不易察覺(jué)，隱蔽性很強(qiáng)。而硬體、網(wǎng)路方面只要出現(xiàn)問(wèn)題，一般都能馬上定位。以下主要講解作業(yè)系統(tǒng)方面的效能調(diào)優(yōu)思路，應(yīng)用程式方面需要具體問(wèn)題具體對(duì)待。

以下從影響Linux性能的因素、分析性能涉及的人員、系統(tǒng)性能優(yōu)化工具、系統(tǒng)性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)四個(gè)方面介紹優(yōu)化Linux的一般思路和方法。

二、影響Linux效能的因素

2.1系統(tǒng)硬體資源

1． CPU

CPU是作業(yè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作的根本，CPU的速度與效能在很大程度上決定了系統(tǒng)整體的效能，因此，CPU數(shù)量越多、主頻越高，伺服器效能也就相對(duì)越好。但事實(shí)並非完全如此。

目前大部分CPU在同一時(shí)間內(nèi)只能運(yùn)行一個(gè)線程，超線程的處理器可以在同一時(shí)間運(yùn)行多個(gè)線程，因此，可以利用處理器的超線程特性來(lái)提高系統(tǒng)效能。在Linux系統(tǒng)下，只有運(yùn)行SMP核心才能支援超線程，但是，安裝的CPU數(shù)量越多，從超線程獲得的效能方面的提高就越少。另外，Linux核心會(huì)把多核心的處理器當(dāng)作多個(gè)單獨(dú)的CPU來(lái)識(shí)別，例如兩個(gè)4核心的CPU，在Lnux系統(tǒng)下會(huì)被當(dāng)作8個(gè)單核心CPU。但是從性能角度來(lái)講，兩個(gè)4核的CPU和8個(gè)單核的CPU並不完全等價(jià)，根據(jù)權(quán)威部門(mén)得出的測(cè)試結(jié)論，前者的整體性能要比後者低25％~30％。

可能出現(xiàn)CPU瓶頸的應(yīng)用程式有db伺服器、動(dòng)態(tài)Web伺服器等，對(duì)於這類應(yīng)用，要把CPU的設(shè)定和效能放在主要位置。

2．記憶體

記憶體的大小也是影響Linux效能的一個(gè)重要的因素，記憶體太小，系統(tǒng)進(jìn)程將被阻塞，應(yīng)用程式也將變得緩慢，甚至失去回應(yīng)；記憶體太大，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。 Linux系統(tǒng)採(cǎi)用了物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存兩種方式，虛擬內(nèi)存雖然可以緩解物理內(nèi)存的不足，但是佔(zhàn)用過(guò)多的虛擬內(nèi)存，應(yīng)用程序的性能將明顯下降，要保證應(yīng)用程序的高性能運(yùn)行，物理內(nèi)存一定要夠大；但是過(guò)大的實(shí)體內(nèi)存，會(huì)造成記憶體資源浪費(fèi)，例如，在一個(gè)32位元處理器的Linux作業(yè)系統(tǒng)上，超過(guò)8GB的實(shí)體記憶體都將被浪費(fèi)。因此，要使用更大的內(nèi)存，建議安裝64位元的作業(yè)系統(tǒng)，同時(shí)開(kāi)啟Linux的大內(nèi)存核心支援。

由於處理器尋址範(fàn)圍的限制，在32位元Linux作業(yè)系統(tǒng)上，應(yīng)用程式單一進(jìn)程最大隻能使用4GB的內(nèi)存，這樣以來(lái)，即使系統(tǒng)有更大的內(nèi)存，應(yīng)用程式也無(wú)法“享”用，解決的方法就是使用64位元處理器，安裝64位元作業(yè)系統(tǒng)。在64位元作業(yè)系統(tǒng)下，可以滿足所有應(yīng)用程式對(duì)記憶體的使用需求 ，幾乎沒(méi)有限制。

可能出現(xiàn)記憶體效能瓶頸的應(yīng)用程式有NOSQL伺服器、資料庫(kù)伺服器、快取伺服器等，對(duì)於這類應(yīng)用程式要把記憶體大小放在主要位置。

3．磁碟I/O效能

磁碟的I/O效能直接影響應(yīng)用程式的效能，在一個(gè)有頻繁讀寫(xiě)的應(yīng)用程式中，如果磁碟I/O效能無(wú)法滿足，就會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程式停滯。還好現(xiàn)今的磁碟都採(cǎi)用了許多方法來(lái)提升I/O效能，例如常見(jiàn)的磁碟RAID技術(shù)。
透過(guò)RAID技術(shù)組成的磁碟組，就相當(dāng)於一個(gè)大硬碟，使用者可以對(duì)它進(jìn)行分割格式化、建立檔案系統(tǒng)等操作，跟單一實(shí)體硬碟一模一樣，唯一不同的是RAID磁碟組的I/O效能比單一硬碟要高很多，同時(shí)在資料的安全性也有很大提升。

根據(jù)磁碟組合方式的不同，RAID可以分為RAID0，RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID6、RAID7、RAID0 1、RAID10等級(jí)別，常用的RAID級(jí)別有RAID0、RAID1、RAID5、RAID0 1 ，這裡進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

「

#RAID 0：透過(guò)把多塊硬碟黏合成一個(gè)容量更大的硬碟組，提高了磁碟的效能和吞吐量。這種方式成本低，要求至少兩個(gè)磁碟，但是沒(méi)有容錯(cuò)和資料修復(fù)功能，因而只能用在對(duì)資料安全性要求不高的環(huán)境中。
RAID 1：也就是磁碟鏡像，透過(guò)把一個(gè)磁碟的資料鏡像到另一個(gè)磁碟上，最大限度地保證磁碟資料的可靠性和可修復(fù)性，具有很高的資料冗餘餘能力，但磁碟利用率只有50%，因而，成本最高，多用在保存重要資料的場(chǎng)合。
RAID5：採(cǎi)用了磁碟分段加奇偶校驗(yàn)技術(shù)，從而提高了系統(tǒng)可靠性，RAID5讀出效率很高，寫(xiě)入效率一般，至少需要3個(gè)碟。允許一塊磁碟故障，而不影響資料的可用性。
RAID0 1：把RAID0和RAID1技術(shù)結(jié)合起來(lái)就成了RAID0 1，至少要4個(gè)硬碟。此種方式的資料除分佈在多個(gè)盤(pán)上外，每個(gè)碟都有其鏡像盤(pán)，提供全冗餘能力，同時(shí)允許一個(gè)磁碟故障，而不影響資料可用性，並具有快速讀取/寫(xiě)入能力。

」

#透過(guò)了解各個(gè)RAID級(jí)別的效能，可以根據(jù)應(yīng)用的不同特性，選擇適合自身的RAID級(jí)別，從而保證應(yīng)用程式在磁碟方面達(dá)到最優(yōu)效能。

4．網(wǎng)路寬頻

Linux下的各種應(yīng)用，一般都是基於網(wǎng)路的，因此網(wǎng)路頻寬也是影響效能的一個(gè)重要因素，低速的、不穩(wěn)定的網(wǎng)路將導(dǎo)致網(wǎng)路應(yīng)用程式的存取阻塞，而穩(wěn)定、高速的網(wǎng)絡(luò)頻寬，可以保證應(yīng)用程式在網(wǎng)路上暢通無(wú)阻地運(yùn)行。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在的網(wǎng)路一般都是千兆頻寬或光纖網(wǎng)絡(luò)，頻寬問(wèn)題對(duì)應(yīng)用程式效能造成的影響也逐漸降低。

2.2 作業(yè)系統(tǒng)相關(guān)資源

基於作業(yè)系統(tǒng)的效能最佳化也是多方面的，可以從系統(tǒng)安裝、系統(tǒng)核心參數(shù)、網(wǎng)路參數(shù)、檔案系統(tǒng)等幾個(gè)方面來(lái)衡量，以下依序進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1．系統(tǒng)安裝最佳化

系統(tǒng)最佳化可以從安裝作業(yè)系統(tǒng)開(kāi)始，當(dāng)安裝Linux系統(tǒng)時(shí)，磁碟的劃分，SWAP記憶體的分配都直接影響以後系統(tǒng)的運(yùn)作效能。例如，磁碟分配可以遵循應(yīng)用程式的需求：

• 對(duì)於對(duì)寫(xiě)入操作頻繁而對(duì)資料安全性要求不高的應(yīng)用，可以把磁碟做成RAID 0；
• # 而對(duì)於對(duì)資料安全性較高，對(duì)讀寫(xiě)沒(méi)有特別要求的應(yīng)用，可以把磁碟做成RAID 1；
• 對(duì)於對(duì)讀取操作要求較高，而對(duì)寫(xiě)入操作無(wú)特殊要求，並且要確保資料安全性的應(yīng)用，可以選擇RAID 5；
• 對(duì)於對(duì)讀寫(xiě)要求都很高，並且對(duì)資料安全性要求也很高的應(yīng)用，可以選擇RAID10/01。

這樣透過(guò)不同的應(yīng)用需求設(shè)定不同的RAID級(jí)別，在磁碟底層對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行最佳化操作。

隨著記憶體價(jià)格的降低和記憶體容量的日益增大，對(duì)虛擬記憶體SWAP的設(shè)定，現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)有了所謂虛擬記憶體是物理記憶體兩倍的要求，但是SWAP的設(shè)定還是不能忽略，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：

• 若記憶體較小（實(shí)體記憶體小於4GB），一般設(shè)定SWAP交換分割區(qū)大小為記憶體的2倍；
• 如果實(shí)體記憶體大於8GB小於16GB，可以設(shè)定SWAP大小等於或略小於實(shí)體記憶體即可；
• 如果記憶體大小在16GB以上，原則上可以設(shè)定SWAP為0，但不建議這麼做，因?yàn)樵O(shè)定一定大小的SWAP還是有一定作用的。

2．核心參數(shù)優(yōu)化

系統(tǒng)安裝完成後，優(yōu)化工作並沒(méi)有結(jié)束，接下來(lái)還可以對(duì)系統(tǒng)核心參數(shù)進(jìn)行最佳化，不過(guò)核心參數(shù)的優(yōu)化要和系統(tǒng)中部署的應(yīng)用結(jié)合起來(lái)整體考慮。

例如，如果系統(tǒng)部署的是Oracle資料庫(kù)應(yīng)用，那麼就需要對(duì)系統(tǒng)共享記憶體段（kernel.shmmax、kernel.shmmni、kernel.shmall）、系統(tǒng)信號(hào)量（kernel.sem）、檔案句柄（fs. file-max）等參數(shù)進(jìn)行最佳化設(shè)定；如果部署的是Web應(yīng)用，那麼就需要根據(jù)Web應(yīng)用特性進(jìn)行網(wǎng)路參數(shù)的最佳化，例如修改net.ipv4.ip_local_port_range、net.ipv4.tcp_tw_reuse、net.core.somaxconn等網(wǎng)路核心參數(shù)。

3．檔案系統(tǒng)優(yōu)化

檔案系統(tǒng)的最佳化也是系統(tǒng)資源最佳化的重點(diǎn)，在Linux下可選的檔案系統(tǒng)有ext2、ext3、ReiserFS、ext4、xfs，根據(jù)不同的應(yīng)用，選擇不同的檔案系統(tǒng)。

Linux標(biāo)準(zhǔn)檔案系統(tǒng)是從VFS開(kāi)始的，然後是ext，接著就是ext2，應(yīng)該說(shuō)，ext2是Linux上標(biāo)準(zhǔn)的檔案系統(tǒng)，ext3是在ext2基礎(chǔ)上增加日誌形成的，從VFS到ext4，其設(shè)計(jì)想法沒(méi)有太大變化，都是早期UNIX家族基於超級(jí)塊和inode的設(shè)計(jì)理念。

XFS檔案系統(tǒng)是一個(gè)高級(jí)日誌檔案系統(tǒng)，XFS透過(guò)分散處理磁碟請(qǐng)求、定位資料、保持Cache 的一致性來(lái)提供對(duì)檔案系統(tǒng)資料的低延遲、高頻寬的訪問(wèn)，因此，XFS極具伸縮性，非常健壯，具有優(yōu)秀的日誌記錄功能、可擴(kuò)充性強(qiáng)、快速寫(xiě)入效能等優(yōu)點(diǎn)。

目前伺服器端ext4和xfs是主流檔案系統(tǒng)，如何選擇適當(dāng)?shù)臋n案系統(tǒng)，需要根據(jù)檔案系統(tǒng)的特性加上業(yè)務(wù)的需求綜合來(lái)定。

2.3 、應(yīng)用程式軟體資源

應(yīng)用程式的最佳化其實(shí)是整個(gè)最佳化工程的核心，如果一個(gè)應(yīng)用程式存在BUG，那麼即使所有其他方面都達(dá)到了最優(yōu)狀態(tài)，整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)還是效能低下，所以，對(duì)應(yīng)用程式的最佳化是效能優(yōu)化過(guò)程的重中之重，這對(duì)程式架構(gòu)設(shè)計(jì)人員和程式開(kāi)發(fā)人員提出了更高的要求。

三、 分析系統(tǒng)效能涉及的人員

3.1、Linux維運(yùn)人員

#在做效能最佳化過(guò)程中，Linux維運(yùn)人員承擔(dān)著很重要的任務(wù)。

• 首先，Linux維運(yùn)人員要了解和掌握作業(yè)系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)作狀態(tài)，例如係統(tǒng)負(fù)載、記憶體狀態(tài)、進(jìn)程狀態(tài)、CPU負(fù)載等信息，這些資訊是檢測(cè)和判斷系統(tǒng)效能的基礎(chǔ)和依據(jù)；
• 其次，Linux維運(yùn)人員還有掌握系統(tǒng)的硬體信息，例如磁碟I/O、CPU型號(hào)、記憶體大小、網(wǎng)卡頻寬等參數(shù)信息，然後根據(jù)這些資訊綜合評(píng)估系統(tǒng)資源的使用情況；
• 第三，身為L(zhǎng)inux維運(yùn)人員，也要掌握應(yīng)用程式對(duì)系統(tǒng)資源的使用情況，更深入的一點(diǎn)就是要了解應(yīng)用程式的運(yùn)作效率，例如是否有程式BUG、記憶體溢位等問(wèn)題，透過(guò)對(duì)系統(tǒng)資源的監(jiān)控，就能發(fā)現(xiàn)應(yīng)用程式是否有異常，如果確實(shí)是應(yīng)用程式有問(wèn)題，需要把問(wèn)題立刻反映給程式開(kāi)發(fā)人員，進(jìn)而改進(jìn)或升級(jí)程式。

效能最佳化本身就是一個(gè)複雜且繁瑣的過(guò)程，Linux維運(yùn)人員只有了解了系統(tǒng)硬體資訊、網(wǎng)路資訊、作業(yè)系統(tǒng)設(shè)定資訊和應(yīng)用程式資訊才能有針對(duì)性地的展開(kāi)對(duì)伺服器效能最佳化，這就要求Linux運(yùn)維人員有充足的理論知識(shí)、豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)以及縝密分析問(wèn)題的頭腦。

3.2、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)人員

系統(tǒng)效能最佳化所涉及的第二類人員就是應(yīng)用程式的架構(gòu)設(shè)計(jì)人員。如果Linux維運(yùn)人員在經(jīng)過(guò)綜合判斷後，發(fā)現(xiàn)影響效能的是應(yīng)用程式的執(zhí)行效率，那麼程式架構(gòu)設(shè)計(jì)人員就要及時(shí)介入，深入了解程式運(yùn)作狀態(tài)。

• 首先，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)人員要追蹤了解程式的執(zhí)行效率，如果執(zhí)行效率有問(wèn)題，要找出哪裡出現(xiàn)了問(wèn)題；
• # 其次，如果真的是架構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)了問(wèn)題，那麼就要馬上優(yōu)化或改進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)更好的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)。

3.3、軟體開(kāi)發(fā)人員

系統(tǒng)效能最佳化最後一個(gè)環(huán)節(jié)涉及的是程式開(kāi)發(fā)人員，在Linux維運(yùn)人員或架構(gòu)設(shè)計(jì)人員找到程式或結(jié)構(gòu)瓶頸後，程式開(kāi)發(fā)人員要馬上介入進(jìn)行對(duì)應(yīng)的程式修改。修改程序要以程式的執(zhí)行效率為基準(zhǔn)，改進(jìn)程式的邏輯，有針對(duì)性地進(jìn)行程式碼最佳化。例如，Linux維運(yùn)人員在系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)有條SQL語(yǔ)句耗費(fèi)大量的系統(tǒng)資源，抓取這條執(zhí)行的SQL語(yǔ)句，發(fā)現(xiàn)此SQL語(yǔ)句的執(zhí)行效率太差，是開(kāi)發(fā)人員編寫(xiě)的程式碼執(zhí)行效率低所造成的，這就需要把這個(gè)資訊回饋給開(kāi)發(fā)人員，開(kāi)發(fā)人員在收到這個(gè)問(wèn)題後，可以有針對(duì)性的進(jìn)行SQL最佳化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)程式碼的最佳化。

從上面這個(gè)過(guò)程可以看出，系統(tǒng)效能最佳化一般遵循的流程是：

1. 首先Linux維運(yùn)人員查看系統(tǒng)的整體狀況，主要從系統(tǒng)硬體、網(wǎng)路設(shè)備、作業(yè)系統(tǒng)配置、應(yīng)用程式架構(gòu)和程式碼五個(gè)面向進(jìn)行綜合判斷，如果發(fā)現(xiàn)是系統(tǒng)硬體、網(wǎng)路設(shè)備或作業(yè)系統(tǒng)配置問(wèn)題， Linux維運(yùn)人員可以根據(jù)情況自主解決；
2. # 如果發(fā)現(xiàn)是程式結(jié)構(gòu)問(wèn)題，就需要提交給程式架構(gòu)設(shè)計(jì)人員；
3. 如果發(fā)現(xiàn)是程式碼執(zhí)行問(wèn)題，就交給開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行程式碼最佳化。
4. 這樣就完成了一個(gè)系統(tǒng)效能優(yōu)化的過(guò)程。

四、調(diào)優(yōu)總結(jié)

#系統(tǒng)效能最佳化是個(gè)涉及面廣、繁瑣、長(zhǎng)久的工作，尋找出現(xiàn)效能問(wèn)題的根源往往是最難的部分，一旦找到出現(xiàn)問(wèn)題的原因，效能問(wèn)題也就迎刃而解。因此，解決問(wèn)題的想法變得非常重要。

例如，linux系統(tǒng)下的一個(gè)網(wǎng)站系統(tǒng)，使用者反映，網(wǎng)站存取速度很慢，有時(shí)無(wú)法存取。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題:

1. 第一步要做的是檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，可以透過(guò)ping指令檢查網(wǎng)站的網(wǎng)域解析是否正常，同時(shí)，ping伺服器位址的延時(shí)是否過(guò)大等等，透過(guò)這種方式，先排除網(wǎng)路可能出現(xiàn)的問(wèn)題；如果網(wǎng)路沒(méi)有問(wèn)題
2. 接著進(jìn)入第二步，對(duì)linux系統(tǒng)的記憶體使用狀況進(jìn)行檢查，因?yàn)榫W(wǎng)站回應(yīng)速度慢，一般跟記憶體關(guān)聯(lián)比較大，透過(guò)free、vmstat等指令判斷記憶體資源是否緊缺，如果記憶體資源不存在問(wèn)題
3. 進(jìn)入第三步，檢查系統(tǒng)CPU的負(fù)載狀況，可以透過(guò)sar、vmstat、top等指令的輸出綜合判斷CPU是否有過(guò)載問(wèn)題，如果CPU沒(méi)有問(wèn)題
4. 繼續(xù)進(jìn)入第四步，檢查系統(tǒng)的磁碟I/O是否有瓶頸，可以透過(guò)iostat、vmstat等指令檢查磁碟的讀寫(xiě)效能，如果磁碟讀寫(xiě)也沒(méi)有問(wèn)題，linux系統(tǒng)本身的效能問(wèn)題基本上排除，最後要做的是檢查程式本身是否有問(wèn)題。透過(guò)這樣的思路，層層檢測(cè)，步步排查，性能問(wèn)題就“無(wú)處藏身”，查找出現(xiàn)性能問(wèn)題的環(huán)節(jié)也就變得非常簡(jiǎn)單。

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