Linux服务器性能管理与优化

一、影响Linux服务器性能的因素
操作系统级：CPU、内存、磁盘I/O带宽、网络I/O带宽
程序应用级
二、系统性能评估

影响性能因素	评判标准
	好	坏	糟糕
CPU	user% + sys%< 70%	user% + sys%= 85%	user% + sys% >=90%
内存	Swap In（si）＝0 Swap Out（so）＝0	Per CPU with 10 page/s	More Swap In & Swap Out
磁盘	iowait % < 20%	iowait % =35%	iowait % >= 50%

其中：

  %user：表示CPU处在用户模式下的时间百分比。

  %sys：表示CPU处在模式下的时间百分比。

  %iowait：表示CPU等待输入输出完成时间的百分比。

  swap in：即si，表示虚拟内存的页导入，即从SWAP DISK交换到RAM

  swap out：即so，表示虚拟内存的页导出，即从RAM交换到SWAP DISK。
三、系统性能分析工具
常用系统命令：vmstat、sar、iostat、netstat、free、ps、top。
常用组合方式：
（1）用vmstat、sar、iostat检测是否是CPU瓶颈
（2）用free、vmstat检测是否是内存瓶颈
（3）用iostat检测是否是磁盘I/O瓶颈
（4）用netstat检测是否是网络带宽瓶颈
四、Linux性能评估与优化
1.系统整体性能评估（uptime命令）

mq@openvs-kvm:~$ uptime
 19:27:23 up 6 days,  4:12,  3 users,  load average: 0.66, 0.29, 0.14
这里需要注意的是：load average这个输出值，这三个值的大小一般不能大于系统CPU的个数，例如，本输出中系统有8个CPU,如果load average的三个值长期大于8时，说明CPU很繁忙，负载很高，可能会影响系统性能，但是偶尔大于8时，倒不用担心，一般不会影响系统性能。相反，如果load average的输出值小于CPU的个数，则表示CPU还有空闲的时间片，比如本例中的输出，CPU是非常空闲的。

2.cpu性能评估
（1）利用vmstat命令监控系统CPU
该命令可以显示关于系统各种资源之间相关性能的简要信息，这里我们主要用它来看CPU一个负载情况。下面是vmstat命令在某个系统的输出结果：
mq@openvs-kvm:~$ vmstat 23
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa
 1  0      0 13634096 187984 15243356    0    0     1    15    7    7  2  0 98  0
Procs

  r列表示运行和等待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列表示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列显示了用户进程消耗的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列显示了内核进程消耗的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功能很强大，可以对系统的每个方面进行单独的统计，但是使用sar命令会增加系统开销，不过这些开销是可以评估的，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：

[root@webserver ~]# sar -u 3 5

Linux 2.6.9-42.ELsmp (webserver)        11/28/2008      _i686_  (8 CPU)

11:41:24 AM     CPU     %user     %nice   %system   %iowait    %steal     %idle

11:41:27 AM     all      0.88      0.00      0.29      0.00      0.00     98.83

11:41:30 AM     all      0.13      0.00      0.17      0.21      0.00     99.50

11:41:33 AM     all      0.04      0.00      0.04      0.00      0.00     99.92

11:41:36 AM     all      90.08     0.00      0.13      0.16      0.00     9.63

11:41:39 AM     all      0.38      0.00      0.17      0.04      0.00     99.41

Average:        all      0.34      0.00      0.16      0.05      0.00     99.45

 

对上面每项的输出解释如下：

%user列显示了用户进程消耗的CPU 时间百分比。

%nice列显示了运行正常进程所消耗的CPU 时间百分比。

%system列显示了系统进程消耗的CPU时间百分比。

%iowait列显示了IO等待所占用的CPU时间百分比

%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 。

%idle列显示了CPU处在空闲状态的时间百分比。

3.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：
mq@openvs-kvm:~$ free -m
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:         32101      18780      13320          0        183      14886
-/+ buffers/cache:       3710      28390
Swap:        32690          0      32690
 一般有这样一个经验公式：应用程序可用内存/系统物理内存>70%时，表示系统内存资源非常充足，不影响系统性能，应用程序可用内存/系统物理内存<20%时，表示系统内存资源紧缺，需要增加系统内存，20%<应用程序可用内存/系统物理内存<70%时，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
mq@openvs-kvm:~$ vmstat 2 3
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa
 2  0      0 13647168 187984 15243384    0    0     1    15    7    7  2  0 98  0
 1  0      0 13647128 187984 15243384    0    0     0     0 2400 5150  1  0 99  0
 1  0      0 13647236 187984 15243384    0    0     0     0 2464 5285  1  1 99  0
memory
swpd列表示切换到内存交换区的内存数量（以k为单位）。如果swpd的值不为0，或者比较大，只要si、so的值长期为0，这种情况下一般不用担心，不会影响系统性能。
free列表示当前空闲的物理内存数量（以k为单位）
buff列表示buffers cache的内存数量，一般对块设备的读写才需要缓冲。
cache列表示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，如果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
si列表示由磁盘调入内存，也就是内存进入内存交换区的数量。
so列表示由内存调入磁盘，也就是内存交换区进入内存的数量。
一般情况下，si、so的值都为0，如果si、so的值长期不为0，则表示系统内存不足。需要增加系统内存。
4.磁盘I/O性能评估
（1）磁盘存储基础
熟悉RAID存储方式，可以根据应用的不同，选择不同的RAID方式。
尽可能用内存的读写代替直接磁盘I/O，使频繁访问的文件或数据放入内存中进行操作处理，因为内存读写操作比直接磁盘读写的效率要高千倍。
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。
使用裸设备的优点有：
数据可以直接读写，不需要经过操作系统级的缓存，节省了内存资源，避免了内存资源争用。
避免了文件系统级的维护开销，比如文件系统需要维护超级块、I-node等。
避免了操作系统的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
mq@openvs-kvm:~$ iostat -d 2 3
Linux 3.5.0-23-generic (openvs-kvm)     07/04/2013      _x86_64_        (8 CPU)


Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
sda               3.43         3.65       117.39    1950234   62740764
sdb               0.00         0.00         0.00        680          0


Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
sda               0.00         0.00         0.00          0          0
sdb               0.00         0.00         0.00          0          0


Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
sda               0.00         0.00         0.00          0          0
sdb               0.00         0.00         0.00          0          0
对上面每项的输出解释如下：

KB_read/s表示每秒读取的数据块数。

KB_wrtn/s表示每秒写入的数据块数。

KB_read表示读取的所有块数。

KB_wrtn表示写入的所有块数。
可以通过KB_read/s和KB_wrtn/s的值对磁盘的读写性能有一个基本的了解，如果KB_wrtn/s值很大，表示磁盘的写操作很频繁，可以考虑优化磁盘或者优化程序，如果KB_read/s值很大，表示磁盘直接读取操作很多，可以将读取的数据放入内存中进行操作。

     对于这两个选项的值没有一个固定的大小，根据系统应用的不同，会有不同的值，但是有一个规则还是可以遵循的：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：
[root@webserver ~]# sar -d 2 3
Linux 2.6.9-42.ELsmp (webserver)        11/30/2008      _i686_  (8 CPU）
11:09:33 PM  DEV     tps   rd_sec/s   wr_sec/s  avgrq-sz  avgqu-sz   await  svctm   %util
11:09:35 PM dev8-0  0.00  0.00            0.00        0.00          0.00         0.00   0.00     0.00
11:09:35 PM  DEV     tps  rd_sec/s    wr_sec/s  avgrq-sz  avgqu-sz  await   svctm   %util
11:09:37 PM dev8-0  1.00  0.00         12.00        12.00         0.00        0.00    0.00     0.00
11:09:37 PM   DEV    tps    rd_sec/s  wr_sec/s   avgrq-sz  avgqu-sz  await  svctm   %util
11:09:39 PM dev8-0  1.99   0.00         47.76         24.00       0.00        0.50    0.25     0.05
Average:  DEV          tps    rd_sec/s   wr_sec/s  avgrq-sz  avgqu-sz    await  svctm   %util
Average:  dev8-0      1.00   0.00          19.97         20.00       0.00         0.33    0.17     0.02
需要关注的几个参数含义：

  await表示平均每次设备I/O操作的等待时间（以毫秒为单位）。

  svctm表示平均每次设备I/O操作的服务时间（以毫秒为单位）。

  %util表示一秒中有百分之几的时间用于I/O操作。
对以磁盘IO性能，一般有如下评判标准：

正常情况下svctm应该是小于await值的，而svctm的大小和磁盘性能有关，CPU、内存的负荷也会对svctm值造成影响，过多的请求也会间接的导致svctm值的增加。

  await值的大小一般取决与svctm的值和I/O队列长度以及I/O请求模式，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，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，此时可以通过更换更快的硬盘来解决问题。

  %util项的值也是衡量磁盘I/O的一个重要指标，如果%util接近100%，表示磁盘产生的I/O请求太多，I/O系统已经满负荷的在工作，该磁盘可能存在瓶颈。长期下去，势必影响系统的性能，可以通过优化程序或者通过更换更高、更快的磁盘来解决此问题。
五、网络性能评估
（1）通过ping命令检测网络的连通性
（2）通过netstat –i组合检测网络接口状况
（3）通过netstat –r组合检测系统的路由表信息
（4）通过sar –n组合显示系统的网络运行状态