一、影響 Linux 效能的各種因素

1、系統硬體資源

（1）CPU

如何判斷多核 CPU 與超執行緒

消耗 CPU 的業務：動態 web 服務、mail 服務

（2）記憶體

• 實體記憶體與 swap 的取捨
• 選擇 64 位 Linux 作業系統

消耗記憶體的業務：記憶體資料庫（redis/hbase/mongodb）

（3）磁碟 IO

• RAID 技術（RAID0/1/5/01/10）
• SSD 磁碟

消耗磁碟的業務：資料庫伺服器

（4）網路頻寬

• 網絡卡/交換機的選擇
• 作業系統雙網絡卡繫結

消耗頻寬的業務：hadoop 平臺、視訊業務平臺

2、作業系統相關資源

（1）系統安裝優化

磁碟分割槽、RAID 設定、swap 設定

（2）核心引數優化

ulimit -n（最大開啟檔案數）

ulimit -u（最大使用者數）

（3）檔案系統優化

• ext2：Linux 下標準檔案系統，無日誌記錄（inode）功能。
• ext3：在ext2 基礎上增加了日誌記錄功能（inode），僅支援 32000 個子目錄。
• ex4：ext3 的後續版本，Linux2.6.28 核心開始支援。無限子目錄支援，快速 fsck。
• xfs：高效能檔案系統，Linux3.10 核心開始預設支援。

建議：

讀操作頻繁，同時小檔案眾多的應用：首選 ext4 檔案系統，接下來依次是 xfs、ext3

寫操作頻繁的應用，首選是 xfs，接下來依次是 ext4 和 ext3

對效能要求丌高、資料安全要求丌高的業務，ext3 是比較好的選擇。

3、程式問題

此類問題需要開發人員檢視程式碼，介入處理。但作為運維人員需要給出程式問題的有力證據。

二、Linux 效能優化工具

1、CPU 效能評估工具

（1）vmstat（系統預設自帶）

利用 vmstat 命令可以對作業系統的記憶體資訊、程序狀態、CPU活勱等進行監視。

常用方式：vmstat 2 3

表示每 3 秒更新一次輸出資訊，統計 5 次後停止輸出。

下面是 vmstat 命令在某個系統的輸出結果：

對上面每項的輸出解釋如下：

• procs
• r 列表示執行和等待 cpu 時間片的程序數， 這個值如果長期大於系統CPU 的個數，說明 CPU 不足，需要增加 CPU。
• b 列表示在等待資源的程序數，比如正在等待 I/O、或者記憶體交換等。
• memory
• swpd 列表示切換到記憶體交換區的記憶體數量（以 k為單位） 。如果 swpd 的值不為0，或者比較大，只要 si、so 的值長期為 0，這種情況下一般不用擔心，不會影響系統性能。
• free列表示當前空閒的實體記憶體數量（以 k為單位）
• 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。
• cache列表示 page cached 的記憶體數量，一般作為檔案系統 cached，頻繁訪問的檔案都會被 cached，如果 cache 值較大，說明 cached 的檔案數較多，如果此時 IO 中 bi比較小，說明檔案系統效率比較好。
• swap
• 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。
• 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。

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。需要增加系統記憶體。

• IO 項顯示磁碟讀寫狀況
• Bi列表示從塊裝置讀入資料的總量（即讀磁碟） （每秒 kb） 。
• Bo 列表示寫入到塊裝置的資料總量（即寫磁碟） （每秒 kb）。

這裡我們設定的 bi+bo 參考值為 1000，如果超過 1000，而且 wa值較大，則表示系統磁碟 IO 有問題，應該考慮提高磁碟的讀寫效能。

• system 顯示採集間隔內發生的中斷數
• in 列表示在某一時間間隔中觀測到的每秒裝置中斷數。
• cs 列表示每秒產生的上下文切換次數。

上面這 2 個值越大，會看到由核心消耗的 CPU 時間會越多。

• CPU 項顯示了 CPU 的使用狀態，此列是我們關注的重點。
• us 列顯示了使用者程序消耗的 CPU 時間百分比。us 的值比較高時，說明使用者程序消耗的 cpu 時間多，但是如果長期大於 50%，就需要考慮優化程式或演算法。
• sy列顯示了核心程序消耗的 CPU 時間百分比。Sy的值較高時，說明核心消耗的CPU 資源很多。

根據經驗， us+sy的參考值為 80%， 如果 us+sy大於 80%說明可能存在 CPU 資源不足。

• id 列顯示了 CPU 處在空閒狀態的時間百分比。
• wa 列顯示了 IO 等待所佔用的 CPU 時間百分比。wa 值越高，說明 IO 等待越嚴重，根據經驗，wa 的參考值為 20%，如果 wa 超過 20%，說明 IO 等待嚴重，引起 IO 等待的原因可能是磁碟大量隨機讀寫造成的， 也可能是磁碟或者磁碟控制器的頻寬瓶頸造成的（主要是塊操作） 。

綜上所述， 在對 CPU 的評估中， 需要重點注意的是procs 項 r 列的值和 CPU 項中 us、sy和 id 列的值。

（2）iostat（需要安裝 sysstat 工具包）

iostat 是 I/O statistics（輸入/輸出統計）的縮寫，主要的功能是對系統的磁碟 I/O 操作進行監視。

常用方式：iostat -c 3 5

其中，-c 表示顯示CPU 的使用情況，-d：顯示磁碟的使用情況。

（3）uptime 命令

uptime 是監控系統性能最常用的一個命令，主要用來統計系統當前的執行狀況，輸出的資訊依次為：系統現在的時間、 系統從上次開機到現在運行了多長時間、 系統目前有多少登陸使用者、系統在一分鐘內、五分鐘內、十五分鐘內的平均負載。

2、記憶體效能評估

（1）free 命令

free 命令是監控 linux 記憶體使用狀況最常用的指令

常見用法：free –m

看下面的一個輸出：

“free –m”表示以 M為單位檢視記憶體使用情況，在這個輸出中，我們重點關注的應該是 free 列與 cached 列的輸出值，由輸出可知，此係統共 8G 記憶體，系統空閒記憶體還有925M，其中，Buffer Cache 佔用了 243M，Page Cache 佔用了 6299M，由此可知系統快取了很多的檔案和目錄，而對於應用程式來說，可以使用的記憶體還有 7468M，當然這個 7468M 包含了 Buffer Cache 和 Page Cache 的值。在 swap 項可以看出，交換分割槽還未使用。所以從應用的角度來說，此係統記憶體資源還非常充足。

一般有這樣一個經驗公式：應用程式可用記憶體/系統實體記憶體>70%時，表示系統記憶體資源非常充足，不影響系統性能，應用程式可用記憶體/系統實體記憶體<20%時，表示系統記憶體資源緊缺，需要增加系統記憶體，20%<應用程式可用記憶體/系統實體記憶體<70%時，表示系統記憶體資源基本能滿足應用需求，暫時不影響系統性能。

（2）sar/pidstat

此兩個命令主要用於監控全部或指定程序佔用系統資源的情況，如 CPU，記憶體、裝置IO。

三個公用引數：-u（獲取 CPU 狀態） 、-r（獲取記憶體狀態） 、-d（獲取磁碟）

常用組合：

sar -u 3 獲取 cpu 3 秒內的狀態

pidstat -r –p 1 3 獲取記憶體 3 秒內的狀態

看看以上兩個命令的差別？

請看下面的一個輸出：

其中：

Kbmemfree 表示空閒實體記憶體大小，kbmemused 表示已使用的實體記憶體空間大小，%memused 表示已使用記憶體佔總記憶體大小的百分比，kbbuffers 和 kbcached 分別表示Buffer Cache 和 Page Cache 的大小，kbcommit 和%commit 分別表示應用程式當前使用的記憶體大小和使用百分比。

可以看出 sar 的輸出其實與 free的輸出完全對應，不過 sar 更加人性化，不但給出了記憶體使用量，還給出了記憶體使用的百分比以及統計的平均值。從%commit 項可知，此係統目前記憶體資源充足。

3、磁碟效能評估

（1）iostat –d 組合

iostat –d 2 3

通過“iostat –d”命令組合也可以檢視系統磁碟的使用狀況，請看如下輸出：

對上面每項的輸出解釋如下：

• Blk_read/s 表示每秒讀取的資料塊數。
• Blk_wrtn/s 表示每秒寫入的資料塊數。
• Blk_read 表示讀取的所有塊數。
• Blk_wrtn 表示寫入的所有塊數。

（2）pidstat -d -p 31887 3

（3）sar -d 2 3

通過“sar –d”組合，可以對系統的磁碟 IO 做一個基本的統計，請看下面的一個輸出：

對上面每項的輸出解釋如下：

• DEV 表示磁碟裝置名稱。
• tps 表示每秒到物理磁碟的傳送數，也就是每秒的 I/O 流量。一個傳送就是一個 I/O 請求，多個邏輯請求可以被合併為一個物理 I/O 請求。
• rd_sec/s 表示每秒從裝置讀取的扇區數（1 扇區=512 位元組）。
• wr_sec/s 表示每秒寫入裝置的扇區數目。
• avgrq-sz 表示平均每次裝置 I/O 操作的資料大小（以扇區為單位） 。
• avgqu-sz 表示平均 I/O 佇列長度。
• await 表示平均每次裝置 I/O 操作的等待時間（以毫秒為單位） 。
• svctm表示平均每次裝置 I/O 操作的服務時間（以毫秒為單位） 。
• %util表示一秒中有百分之幾的時間用於 I/O 操作。

Linux 中 I/O 請求系統與現實生活中超市購物排隊系統有很多類似的地方，通過對超市購物排隊系統的理解，可以很快掌握 linux 中 I/O 執行機制。比如：

• avgrq-sz 類似於超市排隊中每人所買東西的多少。
• avgqu-sz 類似於超市排隊中單位時間內平均排隊的人數。
• await 類似於超市排隊中每人的等待時間。
• svctm類似於超市排隊中收銀員的收款速度。
• %util類似於超市收銀臺前有人排隊的時間比例。

對於磁碟 IO 效能，一般有如下評判標準：

正常情況下 svctm 應該是小於 await 值的，而 svctm 的大小和磁碟效能有關，CPU、記憶體的負荷也會對 svctm值造成影響，過多的請求也會間接的導致 svctm值的增加。

await 值的大小一般取決於 svctm 的值和 I/O 佇列長度以及 I/O 請求模式，如果 svctm的值與 await 很接近，表示幾乎沒有 I/O 等待，磁碟效能很好，如果 await 的值遠高於 svctm的值，則表示 I/O 佇列等待太長，系統上執行的應用程式將變慢，此時可以通過更換更快的硬碟來解決問題。

%util 項的值也是衡量磁碟 I/O 的一個重要指標，如果%util 接近 100%，表示磁碟產生的 I/O 請求太多，I/O 系統已經滿負荷的在工作，該磁碟可能存在瓶頸。長期下去，勢必影響系統的效能，可以通過優化程式或者通過更換更高、更快的磁碟來解決此問題。

4、網路效能評估

（1）ping 命令

請看下面的一個輸出：

在這個輸出中，time值顯示了兩臺主機之間的網路延時情況，如果此值很大，則表示網路的延時很大，單位為毫秒。在這個輸出的最後，是對上面輸出資訊的一個總結，packet loss 表示網路的丟包率，此值越小，表示網路的質量越高。

（2）netstat 命令

netstat –i （檢視路由情況）

netstat –r（檢視網路介面狀態）

（3）mtr/traceroute 命令

跟蹤網路路由狀態，推薦使用 mtr，動態跟蹤網路路由，用於排除網路問題非常方便。

三、系統性能分析標準