Linux系統效能調優之效能分析

tianya_2011發表於2015-05-01
Linux
1.效能分析的目的
1）找出系統效能瓶頸（包括硬體瓶頸和軟體瓶頸）；
2）提供效能優化的方案（升級硬體？改進系統系統結構？）；
3）達到合理的硬體和軟體配置；
4）使系統資源使用達到最大的平衡。（一般情況下系統良好執行的時候恰恰各項資源達到了一個平衡體，任何一項資源的過渡使用都會造成平衡體系破壞，從而造成系統負載極高或者響應遲緩。比如CPU過渡使用會造成大量程式等待CPU資源，系統響應變慢，等待會造成程式數增加，程式增加又會造成記憶體使用增加，記憶體耗盡又會造成虛擬記憶體使用，使用虛擬記憶體又會造成磁碟IO增加和CPU開銷增加）

2.影響效能的因素
1）CPU（cpu的速度與效能很大一部分決定了系統整體的效能，是否使用SMP）
2）記憶體（實體記憶體不夠時會使用交換記憶體，使用swap會帶來磁碟I0和cpu的開銷）
3）硬碟（儲存系統）
a.Raid技術使用（RAID0, RAID1, RAID5, RAID0+1）
b.小檔案讀寫瓶頸是磁碟的定址（tps），大檔案讀寫的效能瓶頸是頻寬
c.Linux可以利用空閒記憶體作檔案系統訪問的cache，因此係統記憶體越大儲存系統的效能也越好
4）網路頻寬。

3.效能分析的步驟
1)對資源的使用狀況進行長期的監控和資料採集（nagios、cacti）
2）使用常見的效能分析工具（vmstat、top、free、iostat等)
3）經驗積累
a.應用程式設計的缺陷和資料庫查詢的濫用最有可能導致效能問題
b.效能瓶頸可能是因為程式差/記憶體不足/磁碟瓶頸，但最終表現出的結果就是CPU耗盡，系統負載極高，響應遲緩，甚至暫時失去響應
c.實體記憶體不夠時會使用交換記憶體，使用swap會帶來磁碟I0和cpu的開銷
d.可能造成cpu瓶頸的問題：頻繁執Perl，php，java程式生成動態web；資料庫查詢大量的where子句、order by/group by排序……
e.可能造成記憶體瓶頸問題：高併發使用者訪問、系統程式多，java記憶體洩露……
f.可能造成磁碟IO瓶頸問題：生成cache檔案，資料庫頻繁更新，或者查詢大表……

4.vmstat詳細介紹
vmstat是一個很全面的效能分析工具，可以觀察到系統的程式狀態、記憶體使用、虛擬記憶體使用、磁碟的IO、中斷、上下文切換、CPU使用等。對於 Linux 的效能分析，100%理解 vmstat 輸出內容的含義，並能靈活應用，那對系統效能分析的能力就算是基本掌握了。
下面是vmstat命令的輸出結果：
# vmstat 1 5

對輸出解釋如下：
1）procs
a.r列表示執行和等待CPU時間片的程式數，這個值如果長期大於系統CPU個數，就說明CPU資源不足，可以考慮增加CPU；
b.b列表示在等待資源的程式數，比如正在等待I/O或者記憶體交換等。
2）memory
a.swpd列表示切換到記憶體交換區的記憶體數量（以KB為單位）。如果swpd的值不為0或者比較大，而且si、so的值長期為0，那麼這種情況一般不用擔心，不會影響系統效能；
b.free列表示當前空閒的實體記憶體數量（以KB為單位）；
c.buff列表示buffers cache的記憶體數量，一般對塊裝置的讀寫才需要緩衝；
d.cache列表示page cached的記憶體數量，一般作檔案系統的cached，頻繁訪問的檔案都會被cached。如果cached值較大，就說明cached檔案數較多。如果此時IO中的bi比較小，就說明檔案系統效率比較好。
3）swap
a.si列表示由磁碟調入記憶體，也就是記憶體進入記憶體交換區的數量；
b.so列表示由記憶體調入磁碟，也就是記憶體交換區進入記憶體的數量
c.一般情況下，si、so的值都為0，如果si、so的值長期不為0，則表示系統記憶體不足，需要考慮是否增加系統記憶體。
4）IO
a.bi列表示從塊裝置讀入的資料總量（即讀磁碟，單位KB/秒）
b.bo列表示寫入到塊裝置的資料總量（即寫磁碟，單位KB/秒）
這裡設定的bi+bo參考值為1000，如果超過1000，而且wa值比較大，則表示系統磁碟IO效能瓶頸。
5）system
a.in列表示在某一時間間隔中觀察到的每秒裝置中斷數；
b.cs列表示每秒產生的上下文切換次數。
上面這兩個值越大，會看到核心消耗的CPU時間就越多。
6）CPU
a.us列顯示了使用者程式消耗CPU的時間百分比。us的值比較高時，說明使用者程式消耗的CPU時間多，如果長期大於50%，需要考慮優化程式啥的。
b.sy列顯示了核心程式消耗CPU的時間百分比。sy的值比較高時，就說明核心消耗的CPU時間多；如果us+sy超過80%，就說明CPU的資源存在不足。
c.id列顯示了CPU處在空閒狀態的時間百分比；
d.wa列表示IO等待所佔的CPU時間百分比。wa值越高，說明IO等待越嚴重。如果wa值超過20%，說明IO等待嚴重。
e.st列一般不關注，虛擬機器佔用的時間百分比。 （Linux 2.6.11）

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