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Linux服務器性能評估

Thu Oct 31, 2019

600 Words|Read in about 3 Min
Tags: 性能  

我們評估一臺linux服務器的性能是好還是壞,是通過多個系統關鍵指標得出的判斷。我們這篇文章主要詳細闡述了相關指標的計算方法和數據獲取的工具。

一、影響Linux服務器性能的因素

1. 操作系統級

CPU
內存
磁盤I/O帶寬
網絡I/O帶寬

2. 程序應用級

二、系統性能評估標準

影響性能因素

影響性能因素 評判標準
糟糕
CPU user% + sys%< 70% user% + sys%= 85% user% + sys% >=90%
內存 SwapIn si=0 Swap Out so=0 Per CPU with 10 page/s More Swap In Swap Out
磁盤 iowait %< 20% iowait % >=35% iowait % >= 50%

其中:
%user:表示CPU處在用戶模式下的時間百分比。
%sys:表示CPU處在系統模式下的時間百分比。
%iowait:表示CPU等待輸入輸出完成時間的百分比。
swap in:即si,表示虛擬內存的頁導入,即從SWAP DISK交換到RAM。
swap out:即so,表示虛擬內存的頁導出,即從RAM交換到SWAP DISK。

三、系統性能分析工具

1.常用系統命令
vmstat、sar、iostat、netstat、free、ps、top 等  
2.常用組合方式

用vmstat、sar、iostat檢測是否是CPU瓶頸
用free、vmstat檢測是否是內存瓶頸
用iostat檢測是否是磁盤I/O瓶頸
用netstat檢測是否是網絡帶寬瓶頸

四、Linux性能評估與優化

1. 系統整體性能評估(uptime命令)
uptime
16:38:00 up 118 days, 3:01, 5 users, load average: 1.22, 1.02, 0.91

這里需要注意的是:load average這個輸出值,這三個值的大小一般不能大于系統CPU的個數,例如,本輸出中系統有8個CPU,如果load average的三個值長期大于8時,說明CPU很繁忙,負載很高,可能會影響系統性能,但是偶爾大于8時,倒不用擔心,一般不會影響系統性能。相反,如果load average的輸出值小于CPU的個數,則表示CPU還有空閑的時間片,比如本例中的輸出,CPU是非常空閑的。

2. CPU性能評估

(1) 利用vmstat命令監控系統CPU
該命令可以顯示關于系統各種資源之間相關性能的簡要信息,這里我們主要用它來看CPU一個負載情況。

下面是vmstat命令在某個系統的輸出結果:

# 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列表示運行和等待cpu時間片的進程數,這個值如果長期大于系統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。

Cpu 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,但是如果長期大于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大于 80%說明可能存在CPU資源不足。

(2) 利用sar命令監控系統CPU
sar功能很強大,可以對系統的每個方面進行單獨的統計,但是使用sar命令會增加系統開銷,不過這些開銷是可以評估的,對系統的統計結果不會有很大影響。

下面是sar命令對某個系統的CPU統計輸出:

# 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

對上面每項的輸出解釋如下:

%user列顯示了用戶進程消耗的CPU 時間百分比。
%nice列顯示了運行正常進程所消耗的CPU 時間百分比。
%system列顯示了系統進程消耗的CPU時間百分比。
%iowait列顯示了IO等待所占用的CPU時間百分比。
%steal列顯示了在內存相對緊張的環境下pagein強制對不同的頁面進行的steal操作。
%idle列顯示了CPU處在空閑狀態的時間百分比。
問題 你是否遇到過系統CPU整體利用率不高,而應用緩慢的現象?

在一個多CPU的系統中,如果程序使用了單線程,會出現這么一個現象,CPU的整體使用率不高,但是系統應用卻響應緩慢,這可能是由于程序使用單線程的原因,單線程只使用一個CPU,導致這個CPU占用率為100%,無法處理其它請求,而其它的CPU卻閑置,這就導致了整體CPU使用率不高,而應用緩慢現象的發生。

3. 內存性能評估

(1) 利用free指令監控內存
free是監控linux內存使用狀況最常用的指令,看下面的一個輸出:

# 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) 利用vmstat命令監控內存

# 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。

4.磁盤I/O性能評估

(1) 磁盤存儲基礎 熟悉RAID存儲方式,可以根據應用的不同,選擇不同的RAID方式。
盡可能用內存的讀寫代替直接磁盤I/O,使頻繁訪問的文件或數據放入內存中進行操作處理,因為內存讀寫操作比直接磁盤讀寫的效率要高千倍。
將經常進行讀寫的文件與長期不變的文件獨立出來,分別放置到不同的磁盤設備上。
對于寫操作頻繁的數據,可以考慮使用裸設備代替文件系統。
使用裸設備的優點有:

數據可以直接讀寫,不需要經過操作系統級的緩存,節省了內存資源,避免了內存資源爭用。
避免了文件系統級的維護開銷,比如文件系統需要維護超級塊、I-node等。
避免了操作系統的cache預讀功能,減少了I/O請求。
使用裸設備的缺點是:

數據管理、空間管理不靈活,需要很專業的人來操作。
(2) 利用iostat評估磁盤性能

[[email protected] ~]# 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

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。
1.可以通過Blk_read/s和Blk_wrtn/s的值對磁盤的讀寫性能有一個基本的了解,如果Blk_wrtn/s值很大,表示磁盤的寫操作很頻繁,可以考慮優化磁盤或者優化程序,如果Blk_read/s值很大,表示磁盤直接讀取操作很多,可以將讀取的數據放入內存中進行操作。

2.對于這兩個選項的值沒有一個固定的大小,根據系統應用的不同,會有不同的值,但是有一個規則還是可以遵循的:長期的、超大的數據讀寫,肯定是不正常的,這種情況一定會影響系統性能。

(3) 利用sar評估磁盤性能
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:

[[email protected] ~]# 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

需要關注的幾個參數含義:

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于I/O操作。
對以磁盤IO性能,一般有如下評判標準:

正常情況下svctm應該是小于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值的大小一般取決與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的值遠高于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。

5. 網絡性能評估

(1)通過ping命令檢測網絡的連通性
(2)通過netstat –i組合檢測網絡接口狀況
(3)通過netstat –r組合檢測系統的路由表信息
(4)通過sar –n組合顯示系統的網絡運行狀態

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Thu Oct 31, 2019

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