一、影響 Linux 性能的各種因素
1、系統硬件資源
（1）CPU
如何判斷多核 CPU 與超線程
消耗 CPU 的業務：動態 web 服務、mail 服務
（2）內存
- 物理內存與 swap 的取舍
- 選擇 64 位 Linux 操作系統
消耗內存的業務：內存數據庫（redis/hbase/mongodb）
（3）磁盤 IO
- RAID 技術（RAID0/1/5/01/10）
- SSD 磁盤
消耗磁盤的業務：數據庫服務器
（4）網絡帶寬
- 網卡/交換機的選擇
- 操作系統雙網卡綁定
消耗帶寬的業務：hadoop 平台、視頻業務平台
2、操作系統相關資源
（1）系統安裝優化
磁盤分區、RAID 設置、swap 設置
（2）內核參數優化
ulimit -n（最大打開文件數）
ulimit -u（最大用戶數）
（3）文件系統優化
- ext2：Linux 下標准文件系統，無日志記錄（inode）功能。
- ext3：在ext2 基礎上增加了日志記錄功能（inode），僅支持 32000 個子目錄。
- ex4：ext3 的后續版本，Linux2.6.28 內核開始支持。無限子目錄支持，快速 fsck。
- xfs：高性能文件系統，Linux3.10 內核開始默認支持。
建議：
讀操作頻繁，同時小文件眾多的應用：首選 ext4 文件系統，接下來依次是 xfs、ext3
寫操作頻繁的應用，首選是 xfs，接下來依次是 ext4 和 ext3
對性能要求丌高、數據安全要求丌高的業務，ext3 是比較好的選擇。
3、程序問題
此類問題需要開發人員查看代碼，介入處理。但作為運維人員需要給出程序問題的有力證據。
二、Linux 性能優化工具
1、CPU 性能評估工具
（1）vmstat（系統默認自帶）
利用 vmstat 命令可以對操作系統的內存信息、進程狀態、CPU活勱等進行監視。
常用方式：vmstat 2 3
表示每 3 秒更新一次輸出信息，統計 5 次后停止輸出。
下面是 vmstat 命令在某個系統的輸出結果：
對上面每項的輸出解釋如下：
- procs
- r 列表示運行和等待 cpu 時間片的進程數， 這個值如果長期大於系統CPU 的個數，說明 CPU 不足，需要增加 CPU。
- b 列表示在等待資源的進程數，比如正在等待 I/O、或者內存交換等。
- memory
- swpd 列表示切換到內存交換區的內存數量（以 k為單位） 。如果 swpd 的值不為0，或者比較大，只要 si、so 的值長期為 0，這種情況下一般不用擔心，不會影響系統性能。
- free列表示當前空閑的物理內存數量（以 k為單位）
- buff 列表示 buffers cache的內存數量，一般對塊設備的讀寫才需要緩沖。
- cache列表示 page cached 的內存數量，一般作為文件系統 cached，頻繁訪問的文件都會被 cached，如果 cache 值較大，說明 cached 的文件數較多，如果此時 IO 中 bi比較小，說明文件系統效率比較好。
- swap
- si列表示由磁盤調入內存，也就是內存進入內存交換區的數量。
- so 列表示由內存調入磁盤，也就是內存交換區進入內存的數量。
一般情況下， si、 so 的值都為 0， 如果 si、 so 的值長期不為 0， 則表示系統內存不足。需要增加系統內存。
- IO 項顯示磁盤讀寫狀況
- Bi列表示從塊設備讀入數據的總量（即讀磁盤） （每秒 kb） 。
- Bo 列表示寫入到塊設備的數據總量（即寫磁盤） （每秒 kb）。
這里我們設置的 bi+bo 參考值為 1000，如果超過 1000，而且 wa值較大，則表示系統磁盤 IO 有問題，應該考慮提高磁盤的讀寫性能。
- system 顯示采集間隔內發生的中斷數
- in 列表示在某一時間間隔中觀測到的每秒設備中斷數。
- cs 列表示每秒產生的上下文切換次數。
上面這 2 個值越大，會看到由內核消耗的 CPU 時間會越多。
- CPU 項顯示了 CPU 的使用狀態，此列是我們關注的重點。
- us 列顯示了用戶進程消耗的 CPU 時間百分比。us 的值比較高時，說明用戶進程消耗的 cpu 時間多，但是如果長期大於 50%，就需要考慮優化程序或算法。
- sy列顯示了內核進程消耗的 CPU 時間百分比。Sy的值較高時，說明內核消耗的CPU 資源很多。
根據經驗， us+sy的參考值為 80%， 如果 us+sy大於 80%說明可能存在 CPU 資源不足。
- id 列顯示了 CPU 處在空閑狀態的時間百分比。
- wa 列顯示了 IO 等待所占用的 CPU 時間百分比。wa 值越高，說明 IO 等待越嚴重，根據經驗，wa 的參考值為 20%，如果 wa 超過 20%，說明 IO 等待嚴重，引起 IO 等待的原因可能是磁盤大量隨機讀寫造成的， 也可能是磁盤或者磁盤控制器的帶寬瓶頸造成的（主要是塊操作） 。
綜上所述， 在對 CPU 的評估中， 需要重點注意的是procs 項 r 列的值和 CPU 項中 us、sy和 id 列的值。
（2）iostat（需要安裝 sysstat 工具包）
iostat 是 I/O statistics（輸入/輸出統計）的縮寫，主要的功能是對系統的磁盤 I/O 操作進行監視。
常用方式：iostat -c 3 5
其中，-c 表示顯示CPU 的使用情況，-d：顯示磁盤的使用情況。
（3）uptime 命令
uptime 是監控系統性能最常用的一個命令，主要用來統計系統當前的運行狀況，輸出的信息依次為：系統現在的時間、 系統從上次開機到現在運行了多長時間、 系統目前有多少登陸用戶、系統在一分鍾內、五分鍾內、十五分鍾內的平均負載。
2、內存性能評估
（1）free 命令
free 命令是監控 linux 內存使用狀況最常用的指令
常見用法：free –m
看下面的一個輸出：
“free –m”表示以 M為單位查看內存使用情況，在這個輸出中，我們重點關注的應該是 free 列與 cached 列的輸出值，由輸出可知，此系統共 8G 內存，系統空閑內存還有925M，其中，Buffer Cache 占用了 243M，Page Cache 占用了 6299M，由此可知系統緩存了很多的文件和目錄，而對於應用程序來說，可以使用的內存還有 7468M，當然這個 7468M 包含了 Buffer Cache 和 Page Cache 的值。在 swap 項可以看出，交換分區還未使用。所以從應用的角度來說，此系統內存資源還非常充足。
一般有這樣一個經驗公式：應用程序可用內存/系統物理內存>70%時，表示系統內存資源非常充足，不影響系統性能，應用程序可用內存/系統物理內存<20%時，表示系統內存資源緊缺，需要增加系統內存，20%<應用程序可用內存/系統物理內存<70%時，表示系統內存資源基本能滿足應用需求，暫時不影響系統性能。
（2）sar/pidstat
此兩個命令主要用於監控全部或指定進程占用系統資源的情況，如 CPU，內存、設備IO。
三個公用參數：-u（獲取 CPU 狀態） 、-r（獲取內存狀態） 、-d（獲取磁盤）
常用組合：
sar -u 3 獲取 cpu 3 秒內的狀態
pidstat -r –p 1 3 獲取內存 3 秒內的狀態
看看以上兩個命令的差別？
請看下面的一個輸出：
其中：
Kbmemfree 表示空閑物理內存大小，kbmemused 表示已使用的物理內存空間大小，%memused 表示已使用內存占總內存大小的百分比，kbbuffers 和 kbcached 分別表示Buffer Cache 和 Page Cache 的大小，kbcommit 和%commit 分別表示應用程序當前使用的內存大小和使用百分比。
可以看出 sar 的輸出其實與 free的輸出完全對應，不過 sar 更加人性化，不但給出了內存使用量，還給出了內存使用的百分比以及統計的平均值。從%commit 項可知，此系統目前內存資源充足。
3、磁盤性能評估
（1）iostat –d 組合
iostat –d 2 3
通過“iostat –d”命令組合也可以查看系統磁盤的使用狀況，請看如下輸出：
對上面每項的輸出解釋如下：
- Blk_read/s 表示每秒讀取的數據塊數。
- Blk_wrtn/s 表示每秒寫入的數據塊數。
- Blk_read 表示讀取的所有塊數。
- Blk_wrtn 表示寫入的所有塊數。
（2）pidstat -d -p 31887 3
（3）sar -d 2 3
通過“sar –d”組合，可以對系統的磁盤 IO 做一個基本的統計，請看下面的一個輸出：
對上面每項的輸出解釋如下：
- DEV 表示磁盤設備名稱。
- tps 表示每秒到物理磁盤的傳送數，也就是每秒的 I/O 流量。一個傳送就是一個 I/O 請求，多個邏輯請求可以被合並為一個物理 I/O 請求。
- rd_sec/s 表示每秒從設備讀取的扇區數（1 扇區=512 字節）。
- wr_sec/s 表示每秒寫入設備的扇區數目。
- avgrq-sz 表示平均每次設備 I/O 操作的數據大小（以扇區為單位） 。
- avgqu-sz 表示平均 I/O 隊列長度。
- await 表示平均每次設備 I/O 操作的等待時間（以毫秒為單位） 。
- svctm表示平均每次設備 I/O 操作的服務時間（以毫秒為單位） 。
- %util表示一秒中有百分之幾的時間用於 I/O 操作。
Linux 中 I/O 請求系統與現實生活中超市購物排隊系統有很多類似的地方，通過對超市購物排隊系統的理解，可以很快掌握 linux 中 I/O 運行機制。比如：
- avgrq-sz 類似於超市排隊中每人所買東西的多少。
- avgqu-sz 類似於超市排隊中單位時間內平均排隊的人數。
- await 類似於超市排隊中每人的等待時間。
- svctm類似於超市排隊中收銀員的收款速度。
- %util類似於超市收銀台前有人排隊的時間比例。
對於磁盤 IO 性能，一般有如下評判標准：
正常情況下 svctm 應該是小於 await 值的，而 svctm 的大小和磁盤性能有關，CPU、內存的負荷也會對 svctm值造成影響，過多的請求也會間接的導致 svctm值的增加。
await 值的大小一般取決於 svctm 的值和 I/O 隊列長度以及 I/O 請求模式，如果 svctm的值與 await 很接近，表示幾乎沒有 I/O 等待，磁盤性能很好，如果 await 的值遠高於 svctm的值，則表示 I/O 隊列等待太長，系統上運行的應用程序將變慢，此時可以通過更換更快的硬盤來解決問題。
%util 項的值也是衡量磁盤 I/O 的一個重要指標，如果%util 接近 100%，表示磁盤產生的 I/O 請求太多，I/O 系統已經滿負荷的在工作，該磁盤可能存在瓶頸。長期下去，勢必影響系統的性能，可以通過優化程序或者通過更換更高、更快的磁盤來解決此問題。
4、網絡性能評估
（1）ping 命令
請看下面的一個輸出：
在這個輸出中，time值顯示了兩台主機之間的網絡延時情況，如果此值很大，則表示網絡的延時很大，單位為毫秒。在這個輸出的最后，是對上面輸出信息的一個總結，packet loss 表示網絡的丟包率，此值越小，表示網絡的質量越高。
（2）netstat 命令
netstat –i （查看路由情況）
netstat –r（查看網絡接口狀態）
（3）mtr/traceroute 命令
跟蹤網絡路由狀態，推薦使用 mtr，動態跟蹤網絡路由，用於排除網絡問題非常方便。
三、系統性能分析標准
