Linux服务器性能评估

    一、影响Linux服务器性能的因素

     1. 操作系统级

CPU

内存

磁盘I/O带宽

网络I/O带宽

    2. 程序应用级

    二、系统性能评估标准

     影响性能因素

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。

    三、系统性能分析工具

    1.常用系统命令

     Vmstat、sar、iostat、netstat、free、ps、top等

    2.常用组合方式

     o 用vmstat、sar、iostat检测是否是CPU瓶颈

     o 用free、vmstat检测是否是内存瓶颈

     o 用iostat检测是否是磁盘I/O瓶颈

     o 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)

    [root@server ~]# uptime

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

     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：

    [root@node1 ~]# 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。

    (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。

    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。

    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：

     [root@webserver ~]# 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。

    (2)利用vmstat命令监控内存

    [root@node1 ~]# 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。

    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

     [root@webserver ~]# 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。

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。

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。

5. 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