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分类: LINUX
2015-04-25 18:07:54
原文地址:Linux文件系统性能优化 作者:chenwenming
由于各种的I/O负载情形各异,Linux系统中文件系统的缺省配置一般来说都比较中庸,强调普遍适用性。然而在特定应用下,这种配置往往在I/O性能方面不能达到最优。因此,如果应用对I/O性能要求较高,除了采用性能更高的硬件(如磁盘、HBA卡、CPU、MEM等)外,我们还可以通过对文件系统进行性能调优,来获得更高的I/O性能提升。总的来说,主要可以从三个方面来做工作:
1、Disk相关参数调优
2、文件系统本身参数调优
3、文件系统挂载(mount)参数调优
当然,负载情况不同,需要结合理论分析与充分的测试和实验来得到合理的参数。下面以SAS(Serial attached SCSI)磁盘上的EXT3文件系统为例,给出Linux文件系统性能优化的一般方法。请根据自身情况作适合调整,不要生搬硬套。
1、Disk相关参数
1.1 Cache mode:启用WCE=1(Write Cache Enable), RCD=0(Read Cache Disable)模式
sdparm -s WCE=1, RCD=0 -S /dev/sdb
1.2 Linux I/O scheduler算法
经过实验,在重负载情形下,deadline调度方式对squidI/O负载具有更好的性能表现。其他三种为noop(fifo), as, cfq,noop多用于SAN/RAID存储系统,as多用于大文件顺序读写,
cfq适于桌面应用。
echo deadline > /sys/block/sdb/queue/scheduler
1.3 deadline调度参数
对于redhat linux建议 read_expire = 1/2 write_expire,对于大量频繁的小文件I/O负载,应当这两者取较小值。更合适的值,需要通过实验测试得到。
echo 500 > /sys/block/sdb/queue/iosched/read_expire
echo 1000 > /sys/block/sdb/queue/iosched/write_expire
1.4 readahead 预读扇区数
预读是提高磁盘性能的有效手段,目前对顺序读比较有效,主要利用数据的局部性特点。比如在我的系统上,通过实验设置通读256块扇区性能较优。
blockdev --setra 256 /dev/sdb
2、EXT3文件系统参数
2.1 block size = 4096 (4KB)
mkfs.ext3 -b指定,大的数据块会浪费一定空间,但会提升I/O性能。EXT3文件系统块大小可以为1KB、2KB、4KB。
2.2 inode size
这是一个逻辑概念,即一个inode所对应的文件相应占用多大物理空间。mkfs.ext3 -i指定,可用文件系统文件大小平均值来设定,可减少磁盘寻址和元数据操作时间。
2.3 reserved block
mkfs.ext3 -m指定,缺省为5%,可调小该值以增大部分可用存储空间。
2.4 disable journal
对数据安全要求不高的应用(如web cache),可以关闭日志功能,以提高I/O性能。
tune2fs -O^has_journal /dev/sdb
3、mount参数
3.1 noatime, nodirtime
访问文件目录,不修改访问文件元信息,对于频繁的小文件负载,可以有效提高性能。
3.2 async
异步I/O方式,提高写性能。
3.3 data=writeback (if journal)
日志模式下,启用写回机制,可提高写性能。数据写入顺序不再保护,可能会造成文件系统数据不一致性,重要数据应用慎用。
3.4 barrier=0 (if journal)
barrier=1,可以保证文件系统在日志数据写入磁盘之后才写commit记录,但影响性能。重要数据应用慎用,有可能造成数据损坏。
4、小结
以/dev/sdb为例,优化操作方法如下,参数请自行调整。
sdparm -s WCE=1, RCD=0 -S /dev/sdb
echo deadline > /sys/block/sdb/queue/scheduler
echo 500 > /sys/block/sdb/queue/iosched/read_expire
echo 1000 > /sys/block/sdb/queue/iosched/write_expire
blockdev --setra 256 /dev/sdb
mkfs.ext3 -b 4096 -i 16384 -m 2 /dev/sdb1
tune2fs -O^has_journal /dev/sdb1
mount /dev/sdb1 /cache1 -o defaults,noatime,nodirtime,async,data=writeback,barrier=0 (if with journal)
mount /dev/sdb1 /cache1 -o defaults,noatime,nodirtime,async (if without journal)
请大家注意不要模仿,每台服务器的业务不一样,情况不一样,不要在线上的服务器试验。
性能分析工具
CPU性能分析工具:
vmstat
ps
sar
time
strace
pstree
top
Memory性能分析工具:
vmstat
strace
top
ipcs
ipcrm
cat /proc/meminfo
cat /proc/slabinfo
cat /proc/
I/O性能分析工具:
vmstat
iostat
repquota
quotacheck
Network性能分析工具:
ifconfig
ethereal
tethereal
iptraf
iwconfig
nfsstat
mrtg
ntop
netstat
cat /proc/sys/net
性能调优工具
当通过上述工具及命令,我们发现了应用的性能瓶颈以后,我们可以通过以下工具或者命令来进行性能的调整。
CPU性能调优工具:
nice / renic
sysctl
Memory性能调优工具:
swapon
ulimit
sysctl
I/O性能调优工具:
edquota
quoton
sysctl
boot line:
elevator=
Network性能调优工具:
ifconfig
iwconfig
sysctl
CPU性能调整
当一个系统的CPU空闲时间或者等待时间小于5%时,我们就可以认为系统的CPU资源耗尽,我们应该对CPU进行性能调整。
CPU性能调整方法:
编辑/proc/sys/kernel/中的文件,修改内核参数。
#cd /proc/sys/kernel/
# ls /proc/sys/kernel/
acct hotplug panic real-root-dev
cad_pid modprobe panic_on_oops sem
cap-bound msgmax pid_max shmall
core_pattern msgmnb powersave-nap shmmax
core_uses_pid msgmni print-fatal-signals shmmni
ctrl-alt-del ngroups_max printk suid_dumpable
domainname osrelease printk_ratelimit sysrq
exec-shield ostype printk_ratelimit_burst tainted
exec-shield-randomize overflowgid pty threads-max
hostname overflowuid random version
一般可能需要编辑的是pid_max和threads-max,如下:
# sysctl kernel.threads-max
kernel.threads-max = 8192
# sysctl kernel.threads-max=10000
kernel.threads-max = 10000
Memory性能调整
当一个应用系统的内存资源出现下面的情况时,我们认为需要进行Memory性能调整:
页面频繁换进换出;
缺少非活动页。
例如在使用vmstat命令时发现,memory的cache使用率非常低,而swap的si或者so则有比较高的数据值时,应该警惕内存的性能问题。
Memory性能调整方法:
1。关闭非核心的服务进程。
相关的方法请见CPU性能调整部分。
2。修改/proc/sys/vm/下的系统参数。
# ls /proc/sys/vm/
block_dump laptop_mode nr_pdflush_threads
dirty_background_ratio legacy_va_layout overcommit_memory
dirty_expire_centisecs lower_zone_protection overcommit_ratio
dirty_ratio max_map_count page-cluster
dirty_writeback_centisecs min_free_kbytes swappiness
hugetlb_shm_group nr_hugepages vfs_cache_pressure
# sysctl vm.min_free_kbytes
vm.min_free_kbytes = 1024
# sysctl -w vm.min_free_kbytes=2508
vm.min_free_kbytes = 2508
# cat /etc/sysctl.conf
…
vm.min_free_kbytes=2058
…
3。配置系统的swap交换分区等于或者2倍于物理内存。
# free
total used free shared buffers cached
Mem: 987656 970240 17416 0 63324 742400
-/+ buffers/cache: 164516 823140
Swap: 1998840 150272 1848568
I/O性能调整
系统出现以下情况时,我们认为该系统存在I/O性能问题:
系统等待I/O的时间超过50%;
一个设备的平均队列长度大于5。
我们可以通过诸如vmstat等命令,查看CPU的wa等待时间,以得到系统是否存在I/O性能问题的准确信息。
I/O性能调整方法:
1。修改I/O调度算法。
Linux已知的I/O调试算法有4种:
deadline - Deadline I/O scheduler
as - Anticipatory I/O scheduler
cfq - Complete Fair Queuing scheduler
noop - Noop I/O scheduler
可以编辑/etc/yaboot.conf文件修改参数elevator得到。
# vi /etc/yaboot.conf
image=/vmlinuz-2.6.9-11.EL
label=linux
read-only
initrd=/initrd-2.6.9-11.EL.img
root=/dev/VolGroup00/LogVol00
append="elevator=cfq rhgb quiet"
2。文件系统调整。
对于文件系统的调整,有几个公认的准则:
将I/O负载相对平均的分配到所有可用的磁盘上;
选择合适的文件系统,Linux内核支持reiserfs、ext2、ext3、jfs、xfs等文件系统;
# mkfs -t reiserfs -j /dev/sdc1
文件系统即使在建立后,本身也可以通过命令调优;
tune2fs (ext2/ext3)
reiserfstune (reiserfs)
jfs_tune (jfs)
3。文件系统Mount时可加入选项noatime、nodiratime。
# vi /etc/fstab
…
/dev/sdb1 /backup reiserfs acl, user_xattr, noatime, nodiratime 1 1
4。调整块设备的READAHEAD,调大RA值。
[root@overflowuid ~]# blockdev --report
RO RA SSZ BSZ StartSec Size Device
…
rw 256 512 4096 0 71096640 /dev/sdb
rw 256 512 4096 32 71094240 /dev/sdb1
[root@overflowuid ~]# blockdev --setra 2048 /dev/sdb1
[root@overflowuid ~]# blockdev --report
RO RA SSZ BSZ StartSec Size Device
…
rw 2048 512 4096 0 71096640 /dev/sdb
rw 2048 512 4096 32 71094240 /dev/sdb1
Network性能调整
一个应用系统出现如下情况时,我们认为该系统存在网络性能问题:
网络接口的吞吐量小于期望值;
出现大量的丢包现象;
出现大量的冲突现象。
Network性能调整方法:
1。调整网卡的参数。
# ethtool eth0
Settings for eth0:
Supported ports: [ TP ]
Supported link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full
100baseT/Half 100baseT/Full
1000baseT/Full
Supports auto-negotiation: Yes
Advertised link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full
100baseT/Half 100baseT/Full
1000baseT/Full
Advertised auto-negotiation: Yes
Speed: 100Mb/s
Duplex: Half
Port: Twisted Pair
PHYAD: 0
Transceiver: internal
Auto-negotiation: on
Supports Wake-on: d
Wake-on: d
Current message level: 0x00000007 (7)
Link detected: yes
#ethtool -s eth0 duplex full
#ifconfig eth0 mtu 9000 up
2。增加网络缓冲区和包的队列。
# cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_mem
196608 262144 393216
# cat /proc/sys/net/core/rmem_default
135168
# cat /proc/sys/net/core/rmem_max
131071
# cat /proc/sys/net/core/wmem_default
135168
# cat /proc/sys/net/core/wmem_max
131071
# cat /proc/sys/net/core/optmem_max
20480
# cat /proc/sys/net/core/netdev_max_backlog
300
# sysctl net.core.rmem_max
net.core.rmem_max = 131071
# sysctl -w net.core.rmem_max=135168
net.core.rmem_max = 135168
3。调整Webserving。
# sysctl net.ipv4.tcp_tw_reuse
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 0
# sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
# sysctl net.ipv4.tcp_tw_recycle
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 0
# sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_recycle=1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
今天跟同事学了一招,可以通过修改swappiness内核参数,降低系统对swap的使用,从而提高系统的性能。
遇到的问题是这样的,新版本产品发布后,每小时对内存的使用会有一个尖峰。虽然这个峰值还远没有到达服务器的物理内存,但确发现内存使用达到峰值时系统开始使用swap。在swap的过程中系统性能会有所下降,表现为较大的服务延迟。对这种情况,可以通过调节swappiness内核参数降低系统对swap的使用,从而避免不必要的swap对性能造成的影响。
有一篇关于swappiness内核参数的详细介绍。简单地说这个参数定义了系统对swap的使用倾向,默认值为60,值越大表示越倾向于使用swap。可以设为0,这样做并不会禁止对swap的使用,只是最大限度地降低了使用swap的可能性。通过sysctl -q vm.swappiness可以查看参数的当前设置。修改参数的方法是修改/etc/sysctl.conf文件,加入vm.swappiness=xxx,并重起系统。如果不想重起,可以通过sysctl -p动态加载/etc/sysctl.conf文件,但建议这样做之前先清空swap。