一、上節回顧
上一節，我帶你一起梳理了常見的性能優化思路，先簡單回顧一下。我們可以從系統和應用程序兩個角度，來進行性能優化。
- 從系統的角度來說，主要是對 CPU、內存、網絡、磁盤 I/O 以及內核軟件資源等進行優化。
- 而從應用程序的角度來說，主要是簡化代碼、降低 CPU 使用、減少網絡請求和磁盤 I/O，並借助緩存、異步處理、多進程和多線程等，提高應用程序的吞吐能力。
性能優化最好逐步完善，動態進行。不要追求一步到位，而要首先保證能滿足當前的性能要求。
性能優化通常意味着復雜度的提升，也意味着可維護性的降低。
如果你發現單機的性能調優帶來過高復雜度，一定不要沉迷於單機的極限性能，而要從軟件架構的角度，以水平擴展的方法來提升性能。
工欲善其事，必先利其器。我們知道，在性能分析和優化時，借助合適的性能工具，可以讓整個過程事半功倍。你還記得有哪些常用的性能工具嗎？今天，我就帶你一起梳理一下常用的性能工具，以便你在需要時，可以迅速找到自己想要的。
二、性能工具速查
在梳理性能工具之前，首先給你提一個問題，那就是，在什么情況下，我們才需要去查找、挑選性能工具呢？你可以先自己想一下，再繼續下面的內容。
其實在我看來，只有當你想了解某個性能指標，卻不知道該怎么辦的時候，才會想到，“要是有一個性能工具速查表就好了”這個問題。如果已知一個性能工具可用，我們更多會去查看這個工
具的手冊，找出它的功能、用法以及注意事項。
關於工具手冊的查看，man 應該是我們最熟悉的方法，我在專欄中多次介紹過。實際上，除了man 之外，還有另外一個查詢命令手冊的方法，也就是 info。
info 可以理解為 man 的詳細版本，提供了諸如節點跳轉等更強大的功能。相對來說，man 的輸出比較簡潔，而 info 的輸出更詳細。所以，我們通常使用 man 來查詢工具的使用方法，只有在
man 的輸出不太好理解時，才會再去參考 info 文檔。
當然，我說過了，要查詢手冊，前提一定是已知哪個工具可用。如果你還不知道要用哪個工具，就要根據想了解的指標，去查找有哪些工具可用。這其中：
- 有些工具不需要額外安裝，就可以直接使用，比如內核的 /proc 文件系統；
- 而有些工具，則需要安裝額外的軟件包，比如 sar、pidstat、iostat 等。
所以，在選擇性能工具時，除了要考慮性能指標這個目的外，還要結合待分析的環境來綜合考慮。比如，實際環境是否允許安裝軟件包，是否需要新的內核版本等。
明白了工具選擇的基本原則后，我們來看 Linux 的性能工具。首先還是要推薦下面這張圖，也就是 Brendan Gregg 整理的性能工具譜圖。我在專欄中多次提到過，你肯定也已經參考過。
這張圖從 Linux 內核的各個子系統出發，匯總了對各個子系統進行性能分析時，你可以選擇的工具。不過，雖然這個圖是性能分析最好的參考資料之一，它其實還不夠具體。
比如，當你需要查看某個性能指標時，這張圖里對應的子系統部分，可能有多個性能工具可供選擇。但實際上，並非所有這些工具都適用，具體要用哪個，還需要你去查找每個工具的手冊，對
比分析做出選擇。
那么，有沒有更好的方法來理解這些工具呢？ 我的建議，還是從性能指標出發，根據性能指標的不同，將性能工具划分為不同類型。比如，最常見的就是可以根據 CPU、內存、磁盤 I/O 以及網
絡的各類性能指標，將這些工具進行分類。
接下來，我就從 CPU、內存、磁盤 I/O 以及網絡等幾個角度，梳理這些常見的 Linux 性能工具，特別是從性能指標的角度出發，理清楚到底有哪些工具，可以用來監測特定的性能指標。這些工
具，實際上貫穿在我們專欄各模塊的各個案例中。為了方便你查看，我將它們都整理成了表格，並增加了每個工具的使用場景。
三、CPU 性能工具
首先，從 CPU 的角度來說，主要的性能指標就是 CPU 的使用率、上下文切換以及 CPU Cache 的命中率等。下面這張圖就列出了常見的 CPU 性能指標。
從這些指標出發，再把 CPU 使用率，划分為系統和進程兩個維度，我們就可以得到，下面這個CPU 性能工具速查表。注意，因為每種性能指標都可能對應多種工具，我在每個指標的說明中，
都幫你總結了這些工具的特點和注意事項。這些也是你需要特別關注的地方。
四、內存性能工具
接着我們來看內存方面。從內存的角度來說，主要的性能指標，就是系統內存的分配和使用、進程內存的分配和使用以及 SWAP 的用量。下面這張圖列出了常見的內存性能指標。
從這些指標出發，我們就可以得到如下表所示的內存性能工具速查表。同 CPU 性能工具一樣，這兒我也幫你梳理了，常見工具的特點和注意事項。
注：最后一行 pcstat 的源碼鏈接為 https://github.com/tobert/pcstat
五、磁盤 I/O 性能工具
接下來，從文件系統和磁盤 I/O 的角度來說，主要性能指標，就是文件系統的使用、緩存和緩沖區的使用，以及磁盤 I/O 的使用率、吞吐量和延遲等。下面這張圖列出了常見的 I/O 性能指標。
從這些指標出發，我們就可以得到，下面這個文件系統和磁盤 I/O 性能工具速查表。同 CPU 和內存性能工具一樣，我也梳理出了這些工具的特點和注意事項
六、網絡性能工具
最后，從網絡的角度來說，主要性能指標就是吞吐量、響應時間、連接數、丟包數等。根據TCP/IP 網絡協議棧的原理，我們可以把這些性能指標，進一步細化為每層協議的具體指標。這里
我同樣用一張圖，分別從鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層，列出了各層的主要指標。
從這些指標出發，我們就可以得到下面的網絡性能工具速查表。同樣的，我也幫你梳理了各種工具的特點和注意事項。
七、基准測試工具
除了性能分析外，很多時候，我們還需要對系統性能進行基准測試。比如，
在文件系統和磁盤 I/O 模塊中，我們使用 fio 工具，測試了磁盤 I/O 的性能。在網絡模塊中，我們使用 iperf、pktgen 等，測試了網絡的性能。
而在很多基於 Nginx 的案例中，我們則使用 ab、wrk 等，測試 Nginx 應用的性能。
除了專欄里介紹過的這些工具外，對於 Linux 的各個子系統來說，還有很多其他的基准測試工具可能會用到。下面這張圖，是 Brendan Gregg 整理的 Linux 基准測試工具圖譜，你可以保存下
來，在需要時參考。
八、小結
今天，我們一起梳理了常見的性能工具，並從 CPU、內存、文件系統和磁盤 I/O、網絡以及基准測試等不同的角度，匯總了各類性能指標所對應的性能工具速查表。
當分析性能問題時，大的來說，主要有這么兩個步驟：
- 第一步，從性能瓶頸出發，根據系統和應用程序的運行原理，確認待分析的性能指標。
- 第二步，根據這些圖表，選出最合適的性能工具，然后了解並使用工具，從而更快觀測到需要的性能數據。
雖然 Linux 的性能指標和性能工具都比較多，但熟悉了各指標含義后，你自然就會發現這些工具同性能指標間的關聯。順着這個思路往下走，掌握這些工具的選用其實並不難。
當然，正如咱們專欄一直強調的，不要把性能工具當成性能分析和優化的全部。
- 一方面，性能分析和優化的核心，是對系統和應用程序運行原理的掌握，而性能工具只是輔助你更快完成這個過程的幫手。
- 另一方面，完善的監控系統，可以提供絕大部分性能分析所需的基准數據。從這些數據中，你很可能就能大致定位出性能瓶頸，也就不用再去手動執行各類工具了。