如何學習Linux性能優化？

　　你是否也曾跟我一樣，看了很多書、學了很多 Linux 性能工具，但在面對 Linux 性能問題時，還是束手無策？實際上，性能分析和優化始終是大多數軟件工程師的一個痛點。但是，面對難題，我們真的就無解了嗎？

　　固然，性能問題的復雜性增加了學習難度，但這並不能成為我們進階路上的“攔路虎”。在我看來，大多數人對性能問題“投降”，原因可能只有兩個。

　　一個是你沒找到有效的方法學原理，一聽到“系統”、“底層”這些詞就發怵，覺得東西太難自己一定學不會，自然也就無法深入學下去，從而不能建立起性能的全局觀。

　　再一個就是你看到性能問題的根源太復雜，既不懂怎麽去分析，也不能抽絲剝繭找到瓶頸。

　　你可能會想，反正程序出了問題，上網查就是了，用別人的方法，囫圇吞棗地多試幾次，有可能就解決了。於是，你懶得深究這些方法為啥有效，更不知道為什麽，很多方法在別人的環境有效，到你這兒就不行了。

　　所以，相同的錯誤重復在犯，相同的狀況也是重復出現。

　　其實，性能問題並沒有你想像得那麽難，只要你理解了應用程序和系統的少數幾個基本原理，再進行大量的實戰練習，建立起整體性能的全局觀，大多數性能問題的優化就會水到渠成。

　　我見過很多工程師，在分析應用程序所使用的第三方組件的性能時，並不熟悉這些組件所用的編程語言，卻依然可以分析出線上問題的根源，並能通過一些方法進行優化，比如修改應用程序對它們的調用邏輯，或者調整組件的配置選項等。

　　還是那句話，你不需要了解每個組件的所有實現細節，只要能理解它們最基本的工作原理和協作方式，你也可以做到。

　　性能指標是什麽？

　　學習性能優化的第一步，一定是了解“性能指標”這個概念。

　　當看到性能指標時，你會首先想到什麽呢？我相信“高並發”和“響應快”一定是最先出現在你腦海裏的兩個詞，而它們也正對應著性能優化的兩個核心指標——“吞吐”和“延時”。這兩個指標是從應用負載的視角來考察性能，直接影響了產品終端的用戶體驗。跟它們對應的，是從系統資源的視角出發的指標，比如資源使用率、飽和度等。

　　我們知道，隨著應用負載的增加，系統資源的使用也會升高，甚至達到極限。而性能問題的本質，就是系統資源已經達到瓶頸，但請求的處理卻還不夠快，無法支撐更多的請求。

　　性能分析，其實就是找出應用或系統的瓶頸，並設法去避免或者緩解它們，從而更高效地利用系統資源處理更多的請求。這包含了一系列的步驟，比如下面這六個步驟。

　　選擇指標評估應用程序和系統的性能；

　　為應用程序和系統設置性能目標；

　　進行性能基準測試；

　　性能分析定位瓶頸；

　　優化系統和應用程序；

　　性能監控和告警。

　　了解了這些性能相關的基本指標和核心步驟後，該怎麽學呢？接下來，我來說說要學好 Linux 性能優化的幾個重要問題。

　　學這個專欄需要什麽基礎

　　首先你要明白，我們這個專欄的核心是性能的分析和優化，而不是最基本的 Linux 操作系統的使用方法。

　　因而，我希望你最好用過 Ubuntu 或其他 Linux 操作系統，然後要具備一些編程基礎，比如

　　了解 Linux 常用命令的使用方法；

　　知道怎麽安裝和管理軟件包；

　　知道怎麽通過編程語言開發應用程序等。

　　這樣，在我講性能時，你就更容易理解性能背後的原理，特別是在結合專欄裏的案例實踐後，對性能分析能有更直觀的體會。

　　這個專欄不會像教科書那樣，詳細教你操作系統、算法原理、網絡協議乃至各種編程語言的全部細節，但一些重要的系統原理還是必不可少的。我還會用實際案例一步步教你，貫穿從應用程序到操作系統的各個組件。

　　學習的重點是什麽？

　　想要學習好性能分析和優化，建立整體系統性能的全局觀是最核心的話題。因而，

　　理解最基本的幾個系統知識原理；

　　掌握必要的性能工具；

　　通過實際的場景演練，貫穿不同的組件。

　　這三點，就是我們學習的重中之重。我會在專欄的每篇文章中，針對不同場景，把這三個方面給你講清楚，你也一定要花時間和心思來消化它們。

　　其實說到性能工具，就不得不提性能領域的大師布倫丹·格雷格（Brendan Gregg）。他不僅是動態追蹤工具 DTrace 的作者，還開發了許許多多的性能工具。我相信你一定見過他所描繪的 Linux 性能工具圖譜：

　　這個圖是 Linux 性能分析最重要的參考資料之一，它告訴你，在 Linux 不同子系統出現性能問題後，應該用什麽樣的工具來觀測和分析。

　　比如，當遇到 I/O 性能問題時，可以參考圖片最下方的 I/O 子系統，使用 iostat、iotop、blktrace 等工具分析磁盤 I/O 的瓶頸。你可以把這個圖保存下來，在需要的時候參考查詢。

　　另外，我還要特別強調一點，就是性能工具的選用。有句話是這麽說的，一個正確的選擇勝過千百次的努力。雖然誇張了些，但是選用合適的性能工具，確實可以大大簡化整個性能優化過程。在什麽場景選用什麽樣的工具、以及怎麽學會選擇合適工具，都是我想教給你的東西。

　　但是切記，千萬不要把性能工具當成學習的全部。工具只是解決問題的手段，關鍵在於你的用法。只有真正理解了它們背後的原理，並且結合具體場景，融會貫通系統的不同組件，你才能真正掌握它們。

　　最後，為了讓你對性能有個全面的認識，我畫了一張思維導圖，裏面涵蓋了大部分性能分析和優化都會包含的知識，專欄中也基本都會講到。你可以保存或者打印下來，每學會一部分就標記出來，記錄並把握自己的學習進度。

　　怎麽學更高效？

　　前面我給你講了 Linux 性能優化的學習重點，接下來我再跟你分享一下，我的幾個學習技巧。掌握這些技巧，可以讓你學得更輕松。

　　技巧一：雖然系統的原理很重要，但在剛開始一定不要試圖抓住所有的實現細節。

　　深陷到系統實現的內部，可能會讓你丟掉學習的重點，而且繁雜的實現邏輯，很可能會打退你學習的積極性。所以，我個人觀點是一定要適度。

　　你可以先學會我給你講的這些系統工作原理，但不要去深究 Linux 內核是如何做到的，而是要把你的重點放到如何觀察和運用這些原理上，比如：

　　有哪些指標可以衡量性能？

　　使用什麽樣的性能工具來觀察指標？

　　導致這些指標變化的因素等。

　　技巧二：邊學邊實踐，通過大量的案例演習掌握 Linux 性能的分析和優化。

　　只有通過在機器上練習，把我講的知識和案例自己過一遍，這些東西才能轉化成你的。我精心設計這些案例，正是為了讓你有更好的學習理解和操作體驗。

　　所以我強烈推薦你去實際運行、分析這些案例，或者用學到的知識去分析你自己的系統，這樣你會有更直觀的感受，獲得更好的學習效果。

　　技巧三：勤思考，多反思，善總結，多問為什麽。

　　想真正學懂一門知識，最好的方法就是問問題。當你能提出好的問題時，就說明你已經深入了解了它。

　　你可以隨時在留言區給我留言，寫下自己的疑問、思考和總結，和我還有其他的學習者一起討論切磋。你也可以寫下自己經歷過的性能問題，記錄你的分析步驟和優化思路，我們一起互動探討。學習之前，你的準備作為一個包含大量案例實踐的課程，我會在每篇文章中，使用一到兩臺 Ubuntu 18.04 虛擬機，作為案例運行和分析的環境。如果你只是單純聽音頻的講解，卻從不動手實踐，學習的效果一定會大打折扣。

　　所以，你是不是可以準備好一臺 Linux 機器，用於課程案例的實踐呢？任意的虛擬機或物理機都可以，並不局限於 Ubuntu 系統。

如何學習Linux性能優化？