淺談 Linux 的性能調(diào)優(yōu)的思路
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(huì)遇到系統(tǒng)不穩(wěn)定、響應(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。
操作系統(tǒng)完成一個(gè)任務(wù)時(shí)，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(gè)方面都密切相關(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)的性能。
因此當(dāng)Linux應(yīng)用出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，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(wèn)題出現(xiàn)在哪個(gè)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，影響性能最大的是應(yīng)用程序和操作系統(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)。而硬件、網(wǎng)絡(luò)方面只要出現(xiàn)問(wèn)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(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)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)四個(gè)方面介紹優(yōu)化Linux的一般思路和方法。
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(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)存一定要足夠大；但是過(guò)大的物理內(nèi)存，會(huì)造成內(nèi)存資源浪費(fèi)，例如，在一個(gè)32位處理器的Linux操作系統(tǒng)上，超過(guò)8GB的物理內(nèi)存都將被浪費(fèi)。
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(shí)開(kāi)啟Linux的大內(nèi)存內(nèi)核支持。
（3）磁盤(pán)I/O性能
磁盤(pán)的I/O性能直接影響應(yīng)用程序的性能，在一個(gè)有頻繁讀寫(xiě)的應(yīng)用中，如果磁盤(pán)I/O性能得不到滿足，就會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用停滯。好在現(xiàn)今的磁盤(pán)都采用了很多方法來(lái)提高I/O性能，比如常見(jiàn)的磁盤(pán)RAID技術(shù)。
RAID 0：通過(guò)把多塊硬盤(pán)粘合成一個(gè)容量更大的硬盤(pán)組，提高了磁盤(pán)的性能和吞吐量。這種方式成本低，要求至少兩個(gè)磁盤(pán)，但是沒(méi)有容錯(cuò)和數(shù)據(jù)修復(fù)功能，因而只能用在對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求不高的環(huán)境中。
RAID 1：也就是磁盤(pán)鏡像，通過(guò)把一個(gè)磁盤(pán)的數(shù)據(jù)鏡像到另一個(gè)磁盤(pán)上，最大限度地保證磁盤(pán)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(pán)利用率只有50%，因而，成本最高，多用在保存重要數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。
RAID5：采用了磁盤(pán)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塊盤(pán)。允許一塊磁盤(pán)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(lái)就成了RAID0+1，至少需要4個(gè)硬盤(pán)。此種方式的數(shù)據(jù)除分布在多個(gè)盤(pán)上外，每個(gè)盤(pán)都有其鏡像盤(pán)，提供全冗余能力，同時(shí)允許一個(gè)磁盤(pán)故障，而不影響數(shù)據(jù)可用性，并具有快速讀/寫(xiě)能力。
（4）網(wǎng)絡(luò)寬帶
例如，磁盤(pán)分配可以遵循應(yīng)用的需求：
對(duì)于對(duì)寫(xiě)操作頻繁而對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求不高的應(yīng)用，可以把磁盤(pán)做成RAID 0；而對(duì)于對(duì)數(shù)據(jù)安全性較高，對(duì)讀寫(xiě)沒(méi)有特別要求的應(yīng)用，可以把磁盤(pán)做成RAID 1；對(duì)于對(duì)讀操作要求較高，而對(duì)寫(xiě)操作無(wú)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(duì)于對(duì)讀寫(xiě)要求都很高，并且對(duì)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(guò)不同的應(yīng)用需求設(shè)置不同的RAID級(jí)別，在磁盤(pán)底層對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化操作。
隨著內(nèi)存價(jià)格的降低和內(nèi)存容量的日益增大，對(duì)虛擬內(nèi)存SWAP的設(shè)定，現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)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(yàn)，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?yàn)樵O(shè)置一定大小的SWAP還是有一定作用的。
（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(gè)重點(diǎn)，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(kāi)始的，然后是ext，接著就是ext2，應(yīng)該說(shuō)，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(jì)思想沒(méi)有太大變化，都是早期UNIX家族基于超級(jí)塊和inode的設(shè)計(jì)理念。
XFS文件系統(tǒng)是一個(gè)高級(jí)日志文件系統(tǒng)，XFS通過(guò)分布處理磁盤(pán)請(qǐng)求、定位數(shù)據(jù)、保持Cache 的一致性來(lái)提供對(duì)文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的低延遲、高帶寬的訪問(wèn)，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(xiě)入性能等優(yōu)點(diǎn)。
2.3 應(yīng)用程序軟件資源
應(yīng)用程序的優(yōu)化其實(shí)是整個(gè)優(yōu)化工程的核心，如果一個(gè)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(gè)應(yīng)用系統(tǒng)還是性能低下，所以，對(duì)應(yīng)用程序的優(yōu)化是性能優(yōu)化過(guò)程的重中之重，這就對(duì)程序架構(gòu)設(shè)計(jì)人員和程序開(kāi)發(fā)人員提出了更高的要求。
首先，Linux運(yùn)維人員要了解和掌握操作系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)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(cè)和判斷系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)和依據(jù)；
其次，Linux運(yùn)維人員還有掌握系統(tǒng)的硬件信息，例如磁盤(pán)I/O、CPU型號(hào)、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(píng)估系統(tǒng)資源的使用情況。
第三，作為一名Linux運(yùn)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(diǎn)就是要了解應(yīng)用程序的運(yùn)行效率，例如是否有程序BUG、內(nèi)存溢出等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)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(shí)是應(yīng)用程序存在問(wèn)題，需要把問(wèn)題立刻反映給程序開(kāi)發(fā)人員，進(jìn)而改進(jìn)或升級(jí)程序。
性能優(yōu)化本身就是一個(gè)復(fù)雜和繁瑣的過(guò)程，Linux運(yùn)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(duì)性地的展開(kāi)對(duì)服務(wù)器性能優(yōu)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。
首先，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)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(wèn)題，要找出哪里出現(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，那么就要馬上優(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)。
例如，Linux運(yùn)維人員在系統(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)的代碼執(zhí)行效率低造成的，這就需要把這個(gè)信息反饋給開(kāi)發(fā)人員，開(kāi)發(fā)人員在收到這個(gè)問(wèn)題后，可以有針對(duì)性的進(jìn)行SQL優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)程序代碼的優(yōu)化。
從上面這個(gè)過(guò)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(yùn)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(gè)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(wèn)題，Linux運(yùn)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(wèn)題，就需要提交給程序架構(gòu)設(shè)計(jì)人員；
如果發(fā)現(xiàn)是程序代碼執(zhí)行問(wèn)題，就交給開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行代碼優(yōu)化。這樣就完成了一個(gè)系統(tǒng)性能優(yōu)化的過(guò)程。
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