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细说Linux系统优化-实践篇

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[系统(linux) 所属分类 系统(linux) | 发布者 店小二03 | 时间 2017 | 作者 红领巾 ] 0人收藏点击收藏

作为一名linux系统管理员,最主要的工作是优化系统配置,使应用在系统上以最优的状态运行,但是由于硬件问题、软件问题、网络环境等的复杂性 和多变性,导致对系统的优化变得异常复杂,如何定位性能问题出在哪个方面,是性能优化的一大难题, 本章从系统入手,重点讲述由于系统软、硬件配置不当可能造成的性能问题,并且给出了检测系统故障和优化性能的一般方法和流程。

1 cpu性能评估

Cpu是影响Linux性能的主要因素之一,下面先介绍几个查看CPU性能的命令。

1.1 vmstat命令

该命令可以显示关于系统各种资源之间相关性能的简要信息,这里我们主要用它来看CPU的一个负载情况。

下面是vmstat命令在某个系统的输出结果:

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[[email protected] ~]# vmstat 2 3 procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------ r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st 0 0 0 162240 8304 67032 0 0 13 21 1007 23 0 1 98 0 0 0 0 0 162240 8304 67032 0 0 1 0 1010 20 0 1 100 0 0 0 0 0 162240 8304 67032 0 0 1 1 1009 18 0 1 99 0 0

对上面每项的输出解释如下:

procs

r列表示运行和等待cpu时间片的进程数,这个值如果长期大于系统CPU的个数,说明CPU不足,需要增加CPU。

b列表示在等待资源的进程数,比如正在等待I/O、或者内存交换等。

memory

swpd列表示切换到内存交换区的内存数量(以k为单位)。如果swpd的值不为0,或者比较大,只要si、so的值长期为0,这种情况下一般不用担心,不会影响系统性能。

free列表示当前空闲的物理内存数量(以k为单位)

buff列表示buffers cache的内存数量,一般对块设备的读写才需要缓冲。

cache列表示page cached的内存数量,一般作为文件系统cached,频繁访问的文件都会被cached,如果cache值较大,说明cached的文件数较多,如果此时IO中bi比较小,说明文件系统效率比较好。

swap

si列表示由磁盘调入内存,也就是内存进入内存交换区的数量。

so列表示由内存调入磁盘,也就是内存交换区进入内存的数量。

一般情况下,si、so的值都为0,如果si、so的值长期不为0,则表示系统内存不足。需要增加系统内存。

IO项显示磁盘读写状况

Bi列表示从块设备读入数据的总量(即读磁盘)(每秒kb)。

Bo列表示写入到块设备的数据总量(即写磁盘)(每秒kb)

这里我们设置的bi+bo参考值为1000,如果超过1000,而且wa值较大,则表示系统磁盘IO有问题,应该考虑提高磁盘的读写性能。

system 显示采集间隔内发生的中断数

in列表示在某一时间间隔中观测到的每秒设备中断数。

cs列表示每秒产生的上下文切换次数。

上面这2个值越大,会看到由内核消耗的CPU时间会越多。

CPU项显示了CPU的使用状态,此列是我们关注的重点。

us列显示了用户进程消耗的CPU 时间百分比。us的值比较高时,说明用户进程消耗的cpu时间多,但是如果长期大于50%,就需要考虑优化程序或算法。

sy列显示了内核进程消耗的CPU时间百分比。Sy的值较高时,说明内核消耗的CPU资源很多。

根据经验,us+sy的参考值为80%,如果us+sy大于 80%说明可能存在CPU资源不足。

id 列显示了CPU处在空闲状态的时间百分比。

wa列显示了IO等待所占用的CPU时间百分比。wa值越高,说明IO等待越严重,根据经验,wa的参考值为20%,如果wa超过20%,说明IO等待严重,引起IO等待的原因可能是磁盘大量随机读写造成的,也可能是磁盘或者磁盘控制器的带宽瓶颈造成的(主要是块操作)。

综上所述,在对CPU的评估中,需要重点注意的是procs项r列的值和CPU项中us、sy和id列的值。

1.2 sar命令

检查CPU性能的第二个工具是sar,sar功能很强大,可以对系统的每个方面进行单独的统计,但是使用sar命令会增加系统开销,不过这些开销是可以评估的,对系统的统计结果不会有很大影响。

下面是sar命令对某个系统的CPU统计输出:

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[[email protected] ~]# sar -u 3 5 Linux 2.6.9-42.ELsmp (webserver) 11/28/2008 _i686_ (8 CPU) 11:41:24 AM CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle 11:41:27 AM all 0.88 0.00 0.29 0.00 0.00 98.83 11:41:30 AM all 0.13 0.00 0.17 0.21 0.00 99.50 11:41:33 AM all 0.04 0.00 0.04 0.00 0.00 99.92 11:41:36 AM all 0.29 0.00 0.13 0.00 0.00 99.58 11:41:39 AM all 0.38 0.00 0.17 0.04 0.00 99.41 Average: all 0.34 0.00 0.16 0.05 0.00 99.45

对上面每项的输出解释如下:

%user列显示了用户进程消耗的CPU 时间百分比。

%nice列显示了运行正常进程所消耗的CPU 时间百分比。

%system列显示了系统进程消耗的CPU时间百分比。

%iowait列显示了IO等待所占用的CPU时间百分比

%steal列显示了在内存相对紧张的环境下pagein强制对不同的页面进行的steal操作 。

%idle列显示了CPU处在空闲状态的时间百分比。

这个输出是对系统整体CPU使用状况的统计,每项的输出都非常直观,并且最后一行Average是个汇总行,是上面统计信息的一个平均值。

需要注意的一点是:第一行的统计信息中包含了sar本身的统计消耗,所以%user列的值会偏高一点,不过,这不会对统计结果产生多大影响。

在一个多CPU的系统中,如果程序使用了单线程,会出现这么一个现象,CPU的整体使用率不高,但是系统应用却响应缓慢,这可能是由于程序使用单线程的原因,单线程只使用一个CPU,导致这个CPU占用率为100%,无法处理其它请求,而其它的CPU却闲置,这就导致 了整体CPU使用率不高,而应用缓慢 现象的发生 。

针对这个问题,可以对系统的每个CPU分开查询,统计每个CPU的使用情况:

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[[email protected] ~]# sar -P 0 3 5 Linux 2.6.9-42.ELsmp (webserver) 11/29/2008 _i686_ (8 CPU) 06:29:33 PM CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle 06:29:36 PM 0 3.00 0.00 0.33 0.00 0.00 96.67 06:29:39 PM 0 0.67 0.00 0.33 0.00 0.00 99.00 06:29:42 PM 0 0.00 0.00 0.33 0.00 0.00 99.67 06:29:45 PM 0 0.67 0.00 0.33 0.00 0.00 99.00 06:29:48 PM 0 1.00 0.00 0.33 0.33 0.00 98.34 Average: 0 1.07 0.00 0.33 0.07 0.00 98.53

这个输出是对系统的第一颗CPU的信息统计,需要注意的是,sar中对CPU的计数是从0开始的,因此,“sar -P 0 3 5”表示对系统的第一颗CPU进行信息统计,“sar -P 4 3 5”则表示对系统的第五颗CPU进行统计。依次类推。可以看出,上面的系统有八颗CPU。

1.3 iostat命令

iostat指令主要用于统计磁盘IO状态,但是也能查看CPU的使用信息,它的局限性是只能显示系统所有CPU的平均信息,看下面的一个输出:

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[[email protected] ~]# iostat -c Linux 2.6.9-42.ELsmp (webserver) 11/29/2008 _i686_ (8 CPU) avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle 2.52 0.00 0.30 0.24 0.00 96.96

在这里,我们使用了“-c”参数,只显示系统CPU的统计信息,输出中每项代表的含义与sar命令的输出项完全相同,不再详述。

1.4 uptime命令

uptime是监控系统性能最常用的一个命令,主要用来统计系统当前的运行状况,输出的信息依次为:系统现在的时间、系统从上次开机到现在运行了多长时间、系统目前有多少登陆用户、系统在一分钟内、五分钟内、十五分钟内的平均负载。看下面的一个输出:

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[[email protected] ~]# uptime 18:52:11 up 27 days, 19:44, 2 users, load average: 0.12, 0.08, 0.08

这里需要注意的是load average这个输出值,这三个值的大小一般不能大于系统CPU的个数,例如,本输出中系统有8个CPU,如果load average的三个值长期大于8时,说明CPU很繁忙,负载很高,可能会影响系统性能,但是偶尔大于8时,倒不用担心,一般不会影响系统性能。相反,如果load average的输出值小于CPU的个数,则表示CPU还有空闲的时间片,比如本例中的输出,CPU是非常空闲的。

1.5 本节小结

上面介绍了检查CPU使用状况的四个命令,通过这些命令需要了解的是:系统CPU是否出现性能瓶颈,也就是说,以上这些命令只能查看CPU是否繁忙,负载是否过大,但是无法知道CPU为何负载过大,因而,判断系统CPU出现问题后,要结合top、ps等命令进一步检查是由那些进程导致CPU负载过大的。引起CPU资源紧缺的原因可能是应用程序不合理造成的,也可能是硬件资源匮乏引起的,所以,要具体问题具体分析,或者优化应用程序,或者增加系统CPU资源。

2 内存性能评估

内存的管理和优化是系统性能优化的一个重要部分,内存资源的充足与否直接影响应用系统的使用性能,在进行内存优化之前,一定要熟悉linux的内存管理机制,这一点我们在前面的章节已经有深入讲述,本节的重点是如何通过系统命令监控linux系统的内存使用状况。

2.1 free 命令

free是监控linux内存使用状况最常用的指令,看下面的一个输出:

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[[email protected] ~]# free -m total used free shared buffers cached Mem: 8111 7185 925 0 243 6299 -/+ buffers/cache: 643 7468 Swap: 8189 0 8189

“free m”表示以M为单位查看内存使用情况,在这个输出中,我们重点关注的应该是free列与cached列的输出值,由输出可知,此系统共8G内存,系统空闲内存还有925M,其中,Buffer Cache占用了243M,Page Cache占用了6299M,由此可知系统缓存了很多的文件和目录,而对于应用程序来说,可以使用的内存还有7468M,当然这个7468M包含了Buffer Cache和Page Cache的值。在swap项可以看出,交换分区还未使用。所以从应用的角度来说,此系统内存资源还非常充足。

一般有这样一个经验公式:应用程序可用内存/系统物理内存>70%时,表示系统内存资源非常充足,不影响系统性能,应用程序可用内存/系统物理内存<20%时,表示系统内存资源紧缺,需要增加系统内存,20%

<70%时,表示系统内存资源基本能满足应用需求,暂时不影响系统性能。

free命令还可以适时的监控内存的使用状况,使用“-s”参数可以在指定的时间段内不间断的监控内存的使用情况:

应用程序可用内存>

其中,“-b”表示以千字节(也就是1024字节为单位)来显示内存使用情况。

2.2 通过watch与free相结合动态监控内存状况

watch是一个非常有用的命令,几乎每个linux发行版都带有这个工具,通过watch,可以动态的监控命令的运行结果,省去手动执行的麻烦。

可以在watch后面跟上需要运行的命令,watch就会自动重复去运行这个命令,默认是2秒钟执行一次,并把执行的结果更新在屏幕上。例如:

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[[email protected] ~]# watch -n 3 -d free Every 3.0s: free Sun Nov 30 16:23:20 2008 total used free shared buffers cached Mem: 8306544 7349548 956996 0 203296 6500024 -/+ buffers/cache: 646228 7660316 Swap: 8385888 160 8385728

其中,“-n”指定重复执行的时间,“-d”表示高亮显示变动。

2.3 vmstat命令监控内存

vmstat命令在监控系统内存方面功能强大,请看下面的一个输出:

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procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- ----cpu---- r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa 0 0 906440 22796 155616 1325496 340 180 2 4 1 4 80 0 10 10

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