Linux服务器性能评估

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影响Linux服务器性能的因素[编辑]

  • CPU
  • 内存
  • 磁盘I/O带宽
  • 网络I/O带宽

系统性能评估标准[编辑]

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
硬盘 iowait % < 20% iowait % =35% iowait % >= 50%

%user:表示CPU处在用户模式下的时间百分比。

%sys:表示CPU处在系统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。

系统性能分析工具[编辑]

常用系统命令[编辑]

Vmstat、sar、iostat、netstat、free、ps、top

常用组合方式[编辑]

  • 用vmstat、sar、iostat检测是否是CPU瓶颈
  • 用free、vmstat检测是否是内存瓶颈
  • 用iostat检测是否是磁盘I/O瓶颈
  • 用netstat检测是否是网络带宽瓶颈

Linux性能评估与优化[编辑]

系统整体性能评估[编辑]

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

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。

CPU性能评估[编辑]

利用vmstat命令监控系统CPU[编辑]

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:


# 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 st
0  0    0    162240   8304  67032   0    0    13    21   1007   23     0  1   98   0   0
0  0    0    162240   8304  67032   0    0     1     0     1010   20     0  1   100 0   0
0  0    0    162240   8304  67032   0    0     1     1     1009   18     0  1    99  0   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。

利用sar命令监控系统CPU[编辑]

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:
# 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。


问题

1.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。

内存性能评估[编辑]

利用free指令监控内存[编辑]

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:

# free  -m
total         used       free     shared    buffers     cached
Mem:       8111       7185        926          0        243           6299
-/+ buffers/cache:     643       7468
Swap:       8189          0         8189

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。

利用vmstat命令监控内存[编辑]

# 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 st
0  0    0    162240   8304  67032   0    0    13    21   1007   23     0  1  98   0  0
0  0    0    162240   8304  67032   0    0     1     0     1010   20     0  1  100 0  0
0  0    0    162240   8304  67032   0    0     1     1     1009   18     0  1  99   0  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。

磁盘I/O性能评估[编辑]

磁盘存储基础[编辑]

  • 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。

利用iostat评估磁盘性能[编辑]

#   iostat -d 2 3
Linux 2.6.9-42.ELsmp (webserver)        12/01/2008      _i686_  (8 CPU)
Device:         tps   Blk_read/s   Blk_wrtn/s   Blk_read      Blk_wrtn
sda               1.87         2.58       114.12        6479462     286537372
Device:         tps   Blk_read/s   Blk_wrtn/s   Blk_read   Blk_wrtn
sda               0.00         0.00         0.00              0                0
Device:         tps   Blk_read/s   Blk_wrtn/s   Blk_read    Blk_wrtn
sda               1.00         0.00        12.00             0                24

对上面每项的输出解释如下:

  • Blk_read/s表示每秒读取的数据块数。
  • Blk_wrtn/s表示每秒写入的数据块数。
  • Blk_read表示读取的所有块数。
  • Blk_wrtn表示写入的所有块数。

Ø 可以通过Blk_read/s和Blk_wrtn/s的值对磁盘的读写性能有一个基本的了解,如果Blk_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Blk_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。

Ø 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。

利用sar评估磁盘性能[编辑]

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:

# 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。

网络性能评估[编辑]

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

参考文献[编辑]

Linux服务器性能评估