2.1.3 系统性能分析工具

1.常用系统命令

Vmstat、sar、iostat、netstat、free、ps、top等

2.常用组合方式

1. vmstat、sar、iostat检测是否是CPU瓶颈
2. free、vmstat检测是否是内存瓶颈
3. iostat检测是否是磁盘I/O瓶颈
4. netstat检测是否是网络带宽瓶颈

2.1.4 Linux性能评估与优化

系统整体性能评估（uptime命令）
uptime

16:38:00 up 118 days, 3:01, 5 users,load average: 1.22, 1.02, 0.91

注意：

• load average三值大小一般不能大于系统CPU的个数。
  

  系统有8个CPU,如load average三值长期大于8，说明CPU很繁忙，负载很高，可能会影响系统性能。

• 但偶尔大于8，一般不会影响系统性能。
• 如load average输出值小于CPU个数，则表示CPU有空闲时间片，比如本例中的输出，CPU是非常空闲的

2.2.1 CPU性能评估

1.利用vmstat命令监控系统CPU

显示系统各种资源之间相关性能简要信息，主要看CPU负载情况。

下面是vmstat命令在某个系统的输出结果：

1. [root@node1 ~]#vmstat 2 3
3. procs
4. ———–memory———- —swap– —–io—- –system– —–cpu——
6. r b swpd freebuff cache si so bi bo incs us sy idwa st
8. 0 0 0 162240 8304 67032 0 0 13 21 1007 23 0 1 98 0 0
10. 0 0 0 162240 8304 67032 0 0 1 0 1010 20 0 1 100 0 0
12. 0 0 0 162240 8304 67032 0 0 1 1 1009 18 0 1 99 0 0
13. Procs

r–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–在等待资源的进程数，比如正在等待I/O、或者内存交换等。

CPU

us

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

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。

2.利用sar命令监控系统CPU

sar对系统每方面进行单独统计，但会增加系统开销，不过开销可以评估，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：

1. [root@webserver ~]# sar -u 3 5
3. Linux
4. 2.6.9-42.ELsmp (webserver) 11/28/2008_i686_
5. (8 CPU)
7. 11:41:24
8. AM CPU %user %nice%system
9. %iowait %steal %idle
11. 11:41:27
12. AM all 0.88 0.00 0.29 0.00 0.00 98.83
14. 11:41:30
15. AM all 0.13 0.00 0.17 0.21 0.00 99.50
17. 11:41:33
18. AM all 0.04 0.00 0.04 0.00 0.00 99.92
20. 11:41:36
21. AM all 90.08 0.00 0.13 0.16 0.00 9.63
23. 11:41:39
24. AM all 0.38 0.00 0.17 0.04 0.00 99.41
26. Average:
27. all 0.34 0.00 0.16 0.05 0.00 99.45

输出解释如下：

1. %user列显示了用户进程消耗的CPU 时间百分比。
2. %nice列显示了运行正常进程所消耗的CPU 时间百分比。
3. %system列显示了系统进程消耗的CPU时间百分比。
4. %iowait列显示了IO等待所占用的CPU时间百分比
5. %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 。
6. %idle列显示了CPU处在空闲状态的时间百分比。
7. 问题

你是否遇到过系统CPU整体利用率不高，而应用缓慢的现象？

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。

2.3.1 内存性能评估

1.利用free指令监控内存

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：

1. [root@webserver ~]# free -m
3. total
4. used freeshared
5. buffers cached
7. Mem:
8. 8111 7185 926 0 243 6299
10. -/+
11. buffers/cache:
12. 643 7468
14. Swap:
15. 8189 0 8189

经验公式：

1. 应用程序可用内存/系统物理内存>70%，表示系统内存资源非常充足，不影响系统性能;
2. 应用程序可用内存/系统物理内存<20%，表示系统内存资源紧缺，需要增加系统内存;
3. 20%<应用程序可用内存/系统物理内存<70%，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

2.利用vmstat命令监控内存

1. [root@node1
2. ~]#
3. vmstat 2 3
5. procs
6. ———–memory———- —swap– —–io—- –system– —–cpu——
8. r b swpd freebuff cache si so bi bo incs us sy idwa st
10. 0 0 0 162240 8304 67032 0 0 13 21 1007 23 0 1 98 0 0
12. 0 0 0 162240 8304 67032 0 0 1 0 1010 20 0 1 100 0 0
14. 0 0 0 162240 8304 67032 0 0 1 1 1009 18 0 1 99 0 0

memory

1. swpd–切换到内存交换区的内存数量（k为单位)。如swpd值偶尔非0，不影响系统性能
2. free–当前空闲的物理内存数量（k为单位）
3. buff–buffers cache的内存数量，一般对块设备的读写才需要缓冲
4. cache–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

1. si–由磁盘调入内存，也就是内存进入内存交换区的数量。
2. so–由内存调入磁盘，也就是内存交换区进入内存的数量。

si、so的值长期不为0，表示系统内存不足。需增加系统内存。

2.4.1磁盘I/O性能评估

1.磁盘存储基础

频繁访问的文件或数据尽可能用内存读写代替直接磁盘I/O，效率高千倍。

将经常进行读写的文件与长期不变的文件独立出来，分别放置到不同的磁盘设备上。

对于写操作频繁的数据，可以考虑使用裸设备代替文件系统。

裸设备优点：

1. 数据可直接读写，不需经过操作系统级缓存，节省内存资源，避免内存资源争用;
2. 避免文件系统级维护开销，如文件系统需维护超级块、I-node等;
3. 避免了操作系统cache预读功能，减少了I/O请求

使用裸设备的缺点是：

数据管理、空间管理不灵活，需要很专业的人来操作。

2.利用iostat评估磁盘性能

1. [root@webserver ~]# iostat -d 2 3
3. Linux
4. 2.6.9-42.ELsmp (webserver) 12/01/2008_i686_
5. (8 CPU)
9. Device:
10. tps Blk_read/sBlk_wrtn/sBlk_read
11. Blk_wrtn
13. sda 1.87 2.58 114.12 6479462 286537372
17. Device:
18. tps Blk_read/sBlk_wrtn/sBlk_read
19. Blk_wrtn
21. sda
22. 0.00 0.00 0.00 0 0
25. Device:
26. tps Blk_read/sBlk_wrtn/sBlk_read
27. Blk_wrtn
29. sda
30. 1.00 0.00 12.00 0 24

解释如下：

1. Blk_read/s–每秒读取数据块数
2. Blk_wrtn/s–每秒写入数据块数
3. Blk_read–读取的所有块数
4. Blk_wrtn–写入的所有块数

可通过Blk_read/s和Blk_wrtn/s值对磁盘的读写性能有一个基本的了解.
如Blk_wrtn/s值很大，表示磁盘写操作频繁，考虑优化磁盘或程序，
如Blk_read/s值很大，表示磁盘直接读操作很多，可将读取的数据放入内存

规则遵循：

长期的、超大的数据读写，肯定是不正常的，这种情况一定会影响系统性能。

3.利用sar评估磁盘性能

通过“sar –d”组合，可以对系统的磁盘IO做一个基本的统计，请看下面的一个输出：

1. [root@webserver ~]# sar -d 2 3
3. Linux
4. 2.6.9-42.ELsmp (webserver) 11/30/2008_i686_
5. (8 CPU)
7. 11:09:33
8. PM DEV tps rd_sec/swr_sec/savgrq-sz
9. avgqu-sz await svctm %util
11. 11:09:35
12. PM dev8-0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
14. 11:09:35
15. PM DEV tps rd_sec/swr_sec/savgrq-sz
16. avgqu-sz await svctm %util
18. 11:09:37
19. PM dev8-0 1.00 0.00 12.00 12.00 0.00 0.00 0.00 0.00
21. 11:09:37
22. PM DEV tps rd_sec/swr_sec/savgrq-sz
23. avgqu-sz await svctm %util
25. 11:09:39
26. PM dev8-0 1.99 0.00 47.76 24.00 0.00 0.50 0.25 0.05
28. Average:
29. DEV tps rd_sec/swr_sec/savgrq-sz
30. avgqu-sz await svctm %util
32. Average:
33. dev8-0 1.00 0.00 19.97 20.00 0.00 0.33 0.17 0.02

参数含义：

1. await–平均每次设备I/O操作等待时间（毫秒）
2. svctm–平均每次设备I/O操作的服务时间（毫秒）
3. %util–一秒中有百分之几的时间用于I/O操作

对磁盘IO性能评判标准：

正常svctm应小于await值，而svctm和磁盘性能有关，CPU、内存负荷也会对svctm值造成影响，过多的请求也会间接的导致svctm值的增加。

1. await值取决svctm和I/O队列长度以及I/O请求模式，
2. 如果svctm的值与await很接近，表示几乎没有I/O等待，磁盘性能很好，
3. 如果await的值远高于svctm的值，则表示I/O队列等待太长，系统上运行的应用程序将变慢，
4. 此时可以通过更换更快的硬盘来解决问题。

%util–衡量磁盘I/O重要指标，

如%util接近100%，表示磁盘产生的I/O请求太多，I/O系统已经满负荷工作，该磁盘可能存在瓶颈。

可优化程序或者 通过更换 更高、更快的磁盘。

2.5.1. 网络性能评估

1. （1）通过ping命令检测网络的连通性
2. （2）通过netstat –i组合检测网络接口状况
3. （3）通过netstat –r组合检测系统的路由表信息
4. （4）通过sar –n组合显示系统的网络运行状态

三 Linux服务器性能调优

1.为磁盘I/O调整Linux内核电梯算法

选择文件系统后，该算法可以平衡低延迟需求，收集足够数据，有效组织对磁盘读写请求。

2.禁用不必要的守护进程，节省内存和CPU资源

1. 许多守护进程或服务通常非必需，消耗宝贵内存和CPU时间。将服务器置于险地。
2. 禁用可加快启动时间，释放内存。
4. 减少CPU要处理的进程数

一些应被禁用的Linux守护进程，默认自动运行：

序号 守护进程 描述
1 Apmd 高级电源管理守护进程
2 Nfslock 用于NFS文件锁定
3 Isdn ISDN Moderm支持
4 Autofs 在后台自动挂载文件系统(如自动挂载CD-ROM)
5 Sendmail 邮件传输代理
6 Xfs X Window的字体服务器

3.关掉GUI

4、清理不需要的模块或功能

服务器软件包中太多被启动的功能或模块实际上是不需要的(如Apache中的许多功能模块)，禁用掉有助于提高系统内存可用量，腾出资源给那些真正需要的软件，让它们运行得更快。

5、禁用控制面板

在Linux中，有许多流行的控制面板，如Cpanel，Plesk，Webmin和phpMyAdmin等，禁用释放出大约120MB内存，内存使用量大约下降30-40%。

6、改善Linux Exim服务器性能

使用DNS缓存守护进程，可降低解析DNS记录需要的带宽和CPU时间，DNS缓存通过消除每次都从根节点开始查找DNS记录的需求，从而改善网络性能。

Djbdns是一个非常强大的DNS服务器，它具有DNS缓存功能，Djbdns比BIND DNS服务器更安全，性能更好，可以直接通过http://cr.yp.to/下载，或通过Red Hat提供的软件包获得。

7、使用AES256增强gpg文件加密安全

为提高备份文件或敏感信息安全，许多Linux系统管理员都使用gpg进行加密，在使用gpg时，最好指定gpg使用AES256加密算法，AES256使用256位密钥，它是一个开放的加密算法，美国国家安全局(NSA)使用它保护绝密信息。

8、远程备份服务安全

安全是选择远程备份服务最重要的因素，大多数系统管理员都害怕两件事：(黑客)可以删除备份文件，不能从备份恢复系统。

为了保证备份文件100%的安全，备份服务公司提供远程备份服务器，使用scp脚本或RSYNC通过SSH传输数据，这样，没有人可以直接进入和访问远程系统，因此，也没有人可以从备份服务删除数据。在选择远程备份服务提供商时，最好从多个方面了解其服务强壮性，如果可以，可以亲自测试一下。

9、更新默认内核参数设置

为了顺利和成功运行企业应用程序，如数据库服务器，可能需要更新一些默认的内核参数设置，例如，2.4.x系列内核消息队列参数msgmni有一个默认值(例如，共享内存，或shmmax在Red Hat系统上默认只有33554432字节)，它只允许有限的数据库并发连接，下面为数据库服务器更好地运行提供了一些建议值(来自IBM DB2支持网站)：

kernel.shmmax=268435456 (32位)
kernel.shmmax=1073741824 (64位)
kernel.msgmni=1024
fs.file-max=8192
kernel.sem=”250 32000 32 1024″

10、优化TCP

优化TCP协议有助于提高网络吞吐量，跨广域网的通信使用的带宽越大，延迟时间越长时，建议使用越大的TCP Linux大小，以提高数据传输速率，TCP Linux大小决定了发送主机在没有收到数据传输确认时，可以向接收主机发送多少数据。

11、选择正确的文件系统

使用ext4文件系统取代ext3

● Ext4是ext3文件系统的增强版，扩展了存储限制

●具有日志功能，保证高水平的数据完整性(在非正常关闭事件中)

●非正常关闭和重启时，它不需要检查磁盘(这是一个非常耗时的动作)

●更快的写入速度，ext4日志优化了硬盘磁头动作

12、使用noatime文件系统挂载选项

在文件系统启动配置文件fstab中使用noatime选项，如果使用了外部存储，这个挂载选项可以有效改善性能。

13、调整Linux文件描述符限制

Linux限制了任何进程可以打开的文件描述符数量，默认限制是每进程1024，这些限制可能会阻碍基准测试客户端(如httperf和apachebench)和Web服务器本身获得最佳性能，Apache每个连接使用一个进程，因此不会受到影响，但单进程Web服务器，如Zeus是每连接使用一个文件描述符，因此很容易受默认限制的影响。

打开文件限制是一个可以用ulimit命令调整的限制，ulimit -aS命令显示当前的限制，ulimit -aH命令显示硬限制(在未调整/proc中的内核参数前，你不能增加限制)。

Linux第三方应用程序性能技巧

对于运行在Linux上的第三方应用程序，一样有许多性能优化技巧，这些技巧可以帮助你提高Linux服务器的性能，降低运行成本。

14、正确配置MySQL

为了给MySQL分配更多的内存，可设置MySQL缓存大小，要是MySQL服务器实例使用了更多内存，就减少缓存大小，如果MySQL在请求增多时停滞不动，就增加MySQL缓存。

15、正确配置Apache

检查Apache使用了多少内存，再调整StartServers和MinSpareServers参数，以释放更多的内存，将有助于你节省30-40%的内存。

16、分析Linux服务器性能

提高系统效率最好的办法是找出导致整体速度下降的瓶颈并解决掉，下面是找出系统关键瓶颈的一些基本技巧：

● 当大型应用程序，如OpenOffice和Firefox同时运行时，计算机可能会开始变慢，内存不足的出现几率更高。

● 如果启动时真的很慢，可能是应用程序初次启动需要较长的加载时间，一旦启动好后运行就正常了，否则很可能是硬盘太慢了。

●CPU负载持续很高，内存也够用，但CPU利用率很低，可以使用CPU负载分析工具监控负载时间。

17、学习5个Linux性能命令

使用几个命令就可以管理Linux系统的性能了，下面列出了5个最常用的Linux性能命令，包括
top、vmstat、iostat、free和sar，它们有助于系统管理员快速解决性能问题。

(1)top

当前内核服务的任务，还显示许多主机状态的统计数据，默认情况下，它每隔5秒自动更新一次。
如：当前正常运行时间，系统负载，进程数量和内存使用率，

此外，这个命令也显示了那些使用最多CPU时间的进程(包括每个进程的各种信息，如运行用户，执行的命令等)。

(2)vmstat

Vmstat命令提供当前CPU、IO、进程和内存使用率的快照，它和top命令类似，自动更新数据，如：

$ vmstat 10

(3)iostat

Iostat提供三个报告：CPU利用率、设备利用率和网络文件系统利用率，使用-c，-d和-h参数可以分别独立显示这三个报告。

(4)free

显示主内存和交换空间内存统计数据，指定-t参数显示总内存，指定-b参数按字节为单位，使用-m则以兆为单位，默认情况下千字节为单位。

Free命令也可以使用-s参数加一个延迟时间(单位：秒)连续运行，如：

$ free -s 5

(5)sar

收集，查看和记录性能数据，这个命令比前面几个命令历史更悠久，它可以收集和显示较长周期的数据。

其它

下面是一些归类为其它的性能技巧：

18、将日志文件转移到内存中

当一台机器处于运行中时，最好是将系统日志放在内存中，当系统关闭时再将其复制到硬盘，当你运行一台开启了syslog功能的笔记本电脑或移动设备时，ramlog可以帮助你提高系统电池或移动设备闪存驱动器的寿命，使用ramlog的一个好处是，不用再担心某个守护进程每隔30秒向syslog发送一条消息，放在以前，硬盘必须随时保持运转，这样对硬盘和电池都不好。

19、先打包，后写入

在内存中划分出固定大小的空间保存日志文件，这意味着笔记本电脑硬盘不用一直保持运转，只有当某个守护进程需要写入日志时才运转，注意ramlog使用的内存空间大小是固定的，否则系统内存会很快被用光，如果笔记本使用固态硬盘，可以分配50-80MB内存给ramlog使用，ramlog可以减少许多写入周期，极大地提高固态硬盘的使用寿命。

20、一般调优技巧

尽可能使用静态内容替代动态内容，如果你在生成天气预告，或其它每隔1小时就必须更新的数据，最好是写一个程序，每隔1小时生成一个静态的文件，而不是让用户运行一个CGI动态地生成报告。

为动态应用程序选择最快最合适的API，CGI可能最容易编程，但它会为每个请求产生一个进程，通常，这是一个成本很高，且不必要的过程，FastCGI是更好的选择，和Apache的mod_perl一样，都可以极大地提高应用程序的性能。