2021-02-23 分類: 網(wǎng)站建設(shè)
Linux操作系統(tǒng)是一個開源產(chǎn)品,也是一個開源軟件的實踐和應(yīng)用平臺,在這個平臺下有無數(shù)的開源軟件支撐,我們常見的apache、tomcat、mysql、php等等,開源軟件的大理念是自由、開放,那么linux作為一個開源平臺,最終要實現(xiàn)的是通過這些開源軟件的支持,以最低廉的成本,達(dá)到應(yīng)用最優(yōu)的性能。因此,談到性能問題,主要實現(xiàn)的是linux操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的好結(jié)合。
系統(tǒng)的性能是指操作系統(tǒng)完成任務(wù)的有效性、穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。Linux系統(tǒng)管理員可能經(jīng)常會遇到系統(tǒng)不穩(wěn)定、響應(yīng)速度慢等問題,例如在linux上搭建了一個web服務(wù),經(jīng)常出現(xiàn)網(wǎng)頁無法打開、打開速度慢等現(xiàn)象,而遇到這些問題,就有人會抱怨linux系統(tǒng)不好,其實這些都是表面現(xiàn)象。操作系統(tǒng)完成一個任務(wù)時,與系統(tǒng)自身設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)、路由設(shè)備、路由策略、接入設(shè)備、物理線路等多個方面都密切相關(guān),任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都會影響整個系統(tǒng)的性能。因此當(dāng)linux應(yīng)用出現(xiàn)問題時,應(yīng)當(dāng)從應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)、服務(wù)器硬件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等方面綜合排查,定位問題出現(xiàn)在哪個部分,然后集中解決。
在應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)、服務(wù)器硬件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等方面,影響性能大的是應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)兩個方面,因為這兩個方面出現(xiàn)的問題不易察覺,隱蔽性很強(qiáng)。而硬件、網(wǎng)絡(luò)方面只要出現(xiàn)問題,一般都能馬上定位。下面主要講解操作系統(tǒng)方面的性能調(diào)優(yōu)思路,應(yīng)用程序方面需要具體問題具體對待。
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)性能評價標(biāo)準(zhǔn)四個方面介紹優(yōu)化Linux的一般思路和方法。
2.1系統(tǒng)硬件資源
1.CPU
CPU是操作系統(tǒng)穩(wěn)定運行的根本,CPU的速度與性能在很大程度上決定了系統(tǒng)整體的性能,因此,CPU數(shù)量越多、主頻越高,服務(wù)器性能也就相對越好。但事實并非完全如此。
目前大部分CPU在同一時間內(nèi)只能運行一個線程,超線程的處理器可以在同一時間運行多個線程,因此,可以利用處理器的超線程特性提高系統(tǒng)性能。在Linux系統(tǒng)下,只有運行SMP內(nèi)核才能支持超線程,但是,安裝的CPU數(shù)量越多,從超線程獲得的性能方面的提高就越少。另外,Linux內(nèi)核會把多核的處理器當(dāng)作多個單獨的CPU來識別,例如兩個4核的CPU,在Lnux系統(tǒng)下會被當(dāng)作8個單核CPU。但是從性能角度來講,兩個4核的CPU和8個單核的CPU并不完全等價,根據(jù)權(quán)威部門得出的測試結(jié)論,前者的整體性能要比后者低25%~30%。
可能出現(xiàn)CPU瓶頸的應(yīng)用有db服務(wù)器、動態(tài)Web服務(wù)器等,對于這類應(yīng)用,要把CPU的配置和性能放在主要位置。
2.內(nèi)存
內(nèi)存的大小也是影響Linux性能的一個重要的因素,內(nèi)存太小,系統(tǒng)進(jìn)程將被阻塞,應(yīng)用也將變得緩慢,甚至失去響應(yīng);內(nèi)存太大,導(dǎo)致資源浪費。Linux系統(tǒng)采用了物理內(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,但是占用過多的虛擬內(nèi)存,應(yīng)用程序的性能將明顯下降,要保證應(yīng)用程序的高性能運行,物理內(nèi)存一定要足夠大;但是過大的物理內(nèi)存,會造成內(nèi)存資源浪費,例如,在一個32位處理器的Linux操作系統(tǒng)上,超過8GB的物理內(nèi)存都將被浪費。因此,要使用更大的內(nèi)存,建議安裝64位的操作系統(tǒng),同時開啟Linux的大內(nèi)存內(nèi)核支持。
由于處理器尋址范圍的限制,在32位Linux操作系統(tǒng)上,應(yīng)用程序單個進(jìn)程大只能使用4GB的內(nèi)存,這樣以來,即使系統(tǒng)有更大的內(nèi)存,應(yīng)用程序也無法“享”用,解決的辦法就是使用64位處理器,安裝64位操作系統(tǒng)。在64位操作系統(tǒng)下,可以滿足所有應(yīng)用程序?qū)?nèi)存的使用需求 ,幾乎沒有限制。
可能出現(xiàn)內(nèi)存性能瓶頸的應(yīng)用有NOSQL服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、緩存服務(wù)器等,對于這類應(yīng)用要把內(nèi)存大小放在主要位置。
3.磁盤I/O性能
磁盤的I/O性能直接影響應(yīng)用程序的性能,在一個有頻繁讀寫的應(yīng)用中,如果磁盤I/O性能得不到滿足,就會導(dǎo)致應(yīng)用停滯。好在現(xiàn)今的磁盤都采用了很多方法來提高I/O性能,比如常見的磁盤RAID技術(shù)。
通過RAID技術(shù)組成的磁盤組,就相當(dāng)于一個大硬盤,用戶可以對它進(jìn)行分區(qū)格式化、建立文件系統(tǒng)等操作,跟單個物理硬盤一模一樣,唯一不同的是RAID磁盤組的I/O性能比單個硬盤要高很多,同時在數(shù)據(jù)的安全性也有很大提升。
根據(jù)磁盤組合方式的不同,RAID可以分為RAID0,RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID6、RAID7、RAID0+1、RAID10等級別,常用的RAID級別有RAID0、RAID1、RAID5、RAID0+1,這里進(jìn)行簡單介紹。
? RAID 0:通過把多塊硬盤粘合成一個容量更大的硬盤組,提高了磁盤的性能和吞吐量。這種方式成本低,要求至少兩個磁盤,但是沒有容錯和數(shù)據(jù)修復(fù)功能,因而只能用在對數(shù)據(jù)安全性要求不高的環(huán)境中。
? RAID 1:也就是磁盤鏡像,通過把一個磁盤的數(shù)據(jù)鏡像到另一個磁盤上,大限度地保證磁盤數(shù)據(jù)的可靠性和可修復(fù)性,具有很高的數(shù)據(jù)冗余能力,但磁盤利用率只有50%,因而,成本高,多用在保存重要數(shù)據(jù)的場合。
? RAID5:采用了磁盤分段加奇偶校驗技術(shù),從而提高了系統(tǒng)可靠性,RAID5讀出效率很高,寫入效率一般,至少需要3塊盤。允許一塊磁盤故障,而不影響數(shù)據(jù)的可用性。
? RAID0+1:把RAID0和RAID1技術(shù)結(jié)合起來就成了RAID0+1,至少需要4個硬盤。此種方式的數(shù)據(jù)除分布在多個盤上外,每個盤都有其鏡像盤,提供全冗余能力,同時允許一個磁盤故障,而不影響數(shù)據(jù)可用性,并具有快速讀/寫能力。
通過了解各個RAID級別的性能,可以根據(jù)應(yīng)用的不同特性,選擇適合自身的RAID級別,從而保證應(yīng)用程序在磁盤方面達(dá)到最優(yōu)性能。
4.網(wǎng)絡(luò)寬帶
Linux下的各種應(yīng)用,一般都是基于網(wǎng)絡(luò)的,因此網(wǎng)絡(luò)帶寬也是影響性能的一個重要因素,低速的、不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的訪問阻塞,而穩(wěn)定、高速的網(wǎng)絡(luò)帶寬,可以保證應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上暢通無阻地運行。幸運的是,現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)一般都是千兆帶寬或光纖網(wǎng)絡(luò),帶寬問題對應(yīng)用程序性能造成的影響也在逐步降低。
2.2 操作系統(tǒng)相關(guān)資源
基于操作系統(tǒng)的性能優(yōu)化也是多方面的,可以從系統(tǒng)安裝、系統(tǒng)內(nèi)核參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、文件系統(tǒng)等幾個方面進(jìn)行衡量,下面依次進(jìn)行簡單介紹。
1.系統(tǒng)安裝優(yōu)化
系統(tǒng)優(yōu)化可以從安裝操作系統(tǒng)開始,當(dāng)安裝Linux系統(tǒng)時,磁盤的劃分,SWAP內(nèi)存的分配都直接影響以后系統(tǒng)的運行性能,例如,磁盤分配可以遵循應(yīng)用的需求:對于對寫操作頻繁而對數(shù)據(jù)安全性要求不高的應(yīng)用,可以把磁盤做成RAID 0;而對于對數(shù)據(jù)安全性較高,對讀寫沒有特別要求的應(yīng)用,可以把磁盤做成RAID 1;對于對讀操作要求較高,而對寫操作無特殊要求,并要保證數(shù)據(jù)安全性的應(yīng)用,可以選擇RAID 5;對于對讀寫要求都很高,并且對數(shù)據(jù)安全性要求也很高的應(yīng)用,可以選擇RAID10/01。這樣通過不同的應(yīng)用需求設(shè)置不同的RAID級別,在磁盤底層對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化操作。
隨著內(nèi)存價格的降低和內(nèi)存容量的日益增大,對虛擬內(nèi)存SWAP的設(shè)定,現(xiàn)在已經(jīng)沒有了所謂虛擬內(nèi)存是物理內(nèi)存兩倍的要求,但是SWAP的設(shè)定還是不能忽略,根據(jù)經(jīng)驗,如果內(nèi)存較小(物理內(nèi)存小于4GB),一般設(shè)置SWAP交換分區(qū)大小為內(nèi)存的2倍;如果物理內(nèi)存大于8GB小于16GB,可以設(shè)置SWAP大小等于或略小于物理內(nèi)存即可;如果內(nèi)存大小在16GB以上,原則上可以設(shè)置SWAP為0,但并不建議這么做,因為設(shè)置一定大小的SWAP還是有一定作用的。
2.內(nèi)核參數(shù)優(yōu)化
系統(tǒng)安裝完成后,優(yōu)化工作并沒有結(jié)束,接下來還可以對系統(tǒng)內(nèi)核參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,不過內(nèi)核參數(shù)的優(yōu)化要和系統(tǒng)中部署的應(yīng)用結(jié)合起來整體考慮。例如,如果系統(tǒng)部署的是Oracle數(shù)據(jù)庫應(yīng)用,那么就需要對系統(tǒng)共享內(nèi)存段(kernel.shmmax、kernel.shmmni、kernel.shmall)、系統(tǒng)信號量(kernel.sem)、文件句柄(fs.file-max)等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置;如果部署的是Web應(yīng)用,那么就需要根據(jù)Web應(yīng)用特性進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的優(yōu)化,例如修改net.ipv4.ip_local_port_range、net.ipv4.tcp_tw_reuse、net.core.somaxconn等網(wǎng)絡(luò)內(nèi)核參數(shù)。
3.文件系統(tǒng)優(yōu)化
文件系統(tǒng)的優(yōu)化也是系統(tǒng)資源優(yōu)化的一個重點,在Linux下可選的文件系統(tǒng)有ext2、ext3、ReiserFS、ext4、xfs,根據(jù)不同的應(yīng)用,選擇不同的文件系統(tǒng)。
Linux標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)是從VFS開始的,然后是ext,接著就是ext2,應(yīng)該說,ext2是Linux上標(biāo)準(zhǔn)的文件系統(tǒng),ext3是在ext2基礎(chǔ)上增加日志形成的,從VFS到ext4,其設(shè)計思想沒有太大變化,都是早期UNIX家族基于超級塊和inode的設(shè)計理念。
XFS文件系統(tǒng)是一個高級日志文件系統(tǒng),XFS通過分布處理磁盤請求、定位數(shù)據(jù)、保持Cache 的一致性來提供對文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的低延遲、高帶寬的訪問,因此,XFS極具伸縮性,非常健壯,具有優(yōu)秀的日志記錄功能、可擴(kuò)展性強(qiáng)、快速寫入性能等優(yōu)點。
目前服務(wù)器端ext4和xfs是主流文件系統(tǒng),如何選擇合適的文件系統(tǒng),需要根據(jù)文件系統(tǒng)的特點加上業(yè)務(wù)的需求綜合來定。
2.3 、應(yīng)用程序軟件資源
應(yīng)用程序的優(yōu)化其實是整個優(yōu)化工程的核心,如果一個應(yīng)用程序存在BUG,那么即使所有其他方面都達(dá)到了最優(yōu)狀態(tài),整個應(yīng)用系統(tǒng)還是性能低下,所以,對應(yīng)用程序的優(yōu)化是性能優(yōu)化過程的重中之重,這就對程序架構(gòu)設(shè)計人員和程序開發(fā)人員提出了更高的要求。
3.1、Linux運維人員
在做性能優(yōu)化過程中,Linux運維人員承擔(dān)著很重要的任務(wù),首先,Linux運維人員要了解和掌握操作系統(tǒng)的當(dāng)前運行狀態(tài),例如系統(tǒng)負(fù)載、內(nèi)存狀態(tài)、進(jìn)程狀態(tài)、CPU負(fù)荷等信息,這些信息是檢測和判斷系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)和依據(jù);其次,Linux運維人員還有掌握系統(tǒng)的硬件信息,例如磁盤I/O、CPU型號、內(nèi)存大小、網(wǎng)卡帶寬等參數(shù)信息,然后根據(jù)這些信息綜合評估系統(tǒng)資源的使用情況;第三,作為一名Linux運維人員,還要掌握應(yīng)用程序?qū)ο到y(tǒng)資源的使用情況,更深入的一點就是要了解應(yīng)用程序的運行效率,例如是否有程序BUG、內(nèi)存溢出等問題,通過對系統(tǒng)資源的監(jiān)控,就能發(fā)現(xiàn)應(yīng)用程序是否存在異常,如果確實是應(yīng)用程序存在問題,需要把問題立刻反映給程序開發(fā)人員,進(jìn)而改進(jìn)或升級程序。
性能優(yōu)化本身就是一個復(fù)雜和繁瑣的過程,Linux運維人員只有了解了系統(tǒng)硬件信息、網(wǎng)絡(luò)信息、操作系統(tǒng)配置信息和應(yīng)用程序信息才能有針對性地的展開對服務(wù)器性能優(yōu)化,這就要求Linux運維人員有充足的理論知識、豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗以及縝密分析問題的頭腦。
3.2、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計人員
系統(tǒng)性能優(yōu)化涉及的第二類人員就是應(yīng)用程序的架構(gòu)設(shè)計人員。如果Linux運維人員在經(jīng)過綜合判斷后,發(fā)現(xiàn)影響性能的是應(yīng)用程序的執(zhí)行效率,那么程序架構(gòu)設(shè)計人員就要及時介入,深入了解程序運行狀態(tài)。首先,系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計人員要跟蹤了解程序的執(zhí)行效率,如果執(zhí)行效率存在問題,要找出哪里出現(xiàn)了問題;其次,如果真的是架構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)了問題,那么就要馬上優(yōu)化或改進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu),設(shè)計更好的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)。
3.3、軟件開發(fā)人員
系統(tǒng)性能優(yōu)化最后一個環(huán)節(jié)涉及的是程序開發(fā)人員,在Linux運維人員或架構(gòu)設(shè)計人員找到程序或結(jié)構(gòu)瓶頸后,程序開發(fā)人員要馬上介入進(jìn)行相應(yīng)的程序修改。修改程序要以程序的執(zhí)行效率為基準(zhǔn),改進(jìn)程序的邏輯,有針對性地進(jìn)行代碼優(yōu)化。例如,Linux運維人員在系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)有條SQL語句耗費大量的系統(tǒng)資源,抓取這條執(zhí)行的SQL語句,發(fā)現(xiàn)此SQL語句的執(zhí)行效率太差,是開發(fā)人員編寫的代碼執(zhí)行效率低造成的,這就需要把這個信息反饋給開發(fā)人員,開發(fā)人員在收到這個問題后,可以有針對性的進(jìn)行SQL優(yōu)化,進(jìn)而實現(xiàn)程序代碼的優(yōu)化。
從上面這個過程可以看出,系統(tǒng)性能優(yōu)化一般遵循的流程是:首先Linux運維人員查看系統(tǒng)的整體狀況,主要從系統(tǒng)硬件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、操作系統(tǒng)配置、應(yīng)用程序架構(gòu)和程序代碼五個方面進(jìn)行綜合判斷,如果發(fā)現(xiàn)是系統(tǒng)硬件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者操作系統(tǒng)配置問題,Linux運維人員可以根據(jù)情況自主解決;如果發(fā)現(xiàn)是程序結(jié)構(gòu)問題,就需要提交給程序架構(gòu)設(shè)計人員;如果發(fā)現(xiàn)是程序代碼執(zhí)行問題,就交給開發(fā)人員進(jìn)行代碼優(yōu)化。這樣就完成了一個系統(tǒng)性能優(yōu)化的過程。
系統(tǒng)性能優(yōu)化是個涉及面廣、繁瑣、長久的工作,尋找出現(xiàn)性能問題的根源往往是最難的部分,一旦找到出現(xiàn)問題的原因,性能問題也就迎刃而解。因此,解決問題的思路變得非常重要。
例如,linux系統(tǒng)下的一個網(wǎng)站系統(tǒng),用戶反映,網(wǎng)站訪問速度很慢,有時無法訪問。
針對這個問題,第一步要做的是檢測網(wǎng)絡(luò),可以通過ping命令檢查網(wǎng)站的域名解析是否正常,同時,ping服務(wù)器地址的延時是否過大等等,通過這種方式,首先排除網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)的問題;如果網(wǎng)絡(luò)沒有問題,接著進(jìn)入第二步,對linux系統(tǒng)的內(nèi)存使用狀況進(jìn)行檢查,因為網(wǎng)站響應(yīng)速度慢,一般跟內(nèi)存關(guān)聯(lián)比較大,通過free、vmstat等命令判斷內(nèi)存資源是否緊缺,如果內(nèi)存資源不存在問題,進(jìn)入第三步,檢查系統(tǒng)CPU的負(fù)載狀況,可以通過sar、vmstat、top等命令的輸出綜合判斷CPU是否存在過載問題,如果CPU沒有問題,繼續(xù)進(jìn)入第四步,檢查系統(tǒng)的磁盤I/O是否存在瓶頸,可以通過iostat、vmstat等命令檢查磁盤的讀寫性能,如果磁盤讀寫也沒有問題,linux系統(tǒng)自身的性能問題基本排除,最后要做的是檢查程序本身是否存在問題。通過這樣的思路,層層檢測,步步排查,性能問題就“無處藏身”,查找出現(xiàn)性能問題的環(huán)節(jié)也就變得非常簡單。
當(dāng)前名稱:Linux性能調(diào)優(yōu),從優(yōu)化思路說起
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