Linux性能優化筆記

時間 2019-11-17

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Linux性能優化筆記

Optimizing Linux Performance: A Hands-On Guide to Linux Performance Toolsnode

1 性能追蹤建議

記錄一切能夠蒐集的信息，即便其中的一些信息在當時看起來沒有太大的用途。linux

2 性能工具：系統CPU

在Linux下，進程有可運行和阻塞兩種狀態。可運行進程有分爲兩類：已經得到CPU時間正在運行的一類，和等待CPU時間的一類。在Linux系統中，運行隊列長度就是系統中可運行狀態的進程數量（平均值）。被阻塞的進程也能夠分爲兩類：被I/O阻塞的進程，以及被系統調用阻塞的進程。一個CPU一次只能執行一個進程。在進程調度時，CPU須要把當前進程的信息保存起來，從內存中加載下一個進程的信息。這個過程叫作上下文切換。上下文切換會致使CPU中的高速緩存和流水線刷新，對性能有負面影響。爲了公平的分配CPU時間，Linux會週期性的中斷進程。一般，這種週期性上下文切換的數據能夠做爲考察系統上下文切換數量的基準：ios

cat /proc/interrupts | grep timer; sleep 10; cat /proc/interrupts | grep timer;

若是系統中斷頻率高於定時器的頻率，說明進程常常陷入I/O等待或系統調用（好比休眠）等待之中。typescript

在任意時刻，CPU能夠處於如下幾種狀態： -空閒。CPU沒有任務須要執行。 -執行用戶代碼，即「用戶」時間。 -執行內核代碼，即「系統」時間。 -執行低優先級的用戶代碼，即「nice」時間。 -等待I/O（磁盤或網絡），即「iowait」時間。 -處理硬中斷，即irq。 -處理軟終端，softirq。shell

vmstat命令提供了系統CPU統計信息：緩存

vmstat [-n] [-s] [delay [count]]

vmstat顯示的各列以下：bash

| r | 運行隊列長度 | | b | 等待I/O操做的進程數 | | forks | 建立新進程的次數 | | in | 系統中斷次數 | | cs | 系統上下文切換次數 | | us | 用戶代碼消耗的時間佔比，即用戶時間和nice時間之和 | | sy | 系統代碼消耗的時間佔比，即系統時間、irq和softirq時間之和 | | wa | 等待I/O的時間佔比 | | id | 空閒時間佔比 |網絡

top命令也提供了CPU信息：架構

top [-d delay] [-n iter] [-i] [-b]

top顯示的各列以下：

另一個經常使用的命令是procinfo：

procinfo [-f] [-b] [-D] [-n sec] [-F file]

top輸出的各列爲：

mpstat命令能夠查看指定CPU上的時間分配：

mpstat [-P {cpu|ALL}] [delay [count]]

mpstat輸出的各列爲：

sar能夠收集系統信息：

sar [options] [delay [count]]

| -c | 報告每秒建立的進程數 | | -I {irq SUM ALL XALL } | 中斷速度 | | -P {cpu ALL} | 指定CPU | | -q | 運行隊列長度 | | -u | CPU使用狀況 | | -w | 上下文切換數 | | -o file | 輸出到文件 | | -f file | 從文件讀取選項 | | delay | 採用間隔 | | count | 樣本數 |

sar統計的CPU數據有：

oprofile也能夠收集系統信息：

opcontrol [--start] [--stop] [--dump]
opcontrol [--list-events] [-event=:name:count:unitmask:kernel:user:]
opreport [-r] [-t]

opreport選項：

3 性能工具：系統內存

Linux將內存劃分爲「頁」，這是內存管理的單位。下面的程序能夠輸出系統中一個頁有多少字節：

#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
    printf("System page size: %d\n", getpagesize());
}

IA32架構下，頁一般是4KB。爲了提升性能，Linux可使用HugePage來管理單元。HugePage一般是2MB。

爲了提供更多的虛擬內存，當物理內存不足時，Linux將部份內存保存在磁盤上，這部分空間叫作交換分區（swap space）。Linux也會把文件系統中近期訪問過的文件緩存在內存中，這部分叫作緩存（cache）。此外，爲每一個已經打開的文件，Linux會分配讀寫緩衝區，避免每次寫入都執行磁盤IO。

vmstat命令能夠提供內存統計信息：

vmstat [-a] [-s] [-m]

| -a | 顯示活躍內存和非活躍內存。非活躍內存是已分配未使用的內存。 | | -s | 打印vm表 | | -m | 輸出分片信息，同/proc/slabinfo |

vmstat輸出的各列以下：

top命令也能夠查看內存狀況。top輸出的各列以下：

procinfo提供的內存信息以下：

free命令也能夠提供內存狀況：

free [-l] [-t] [-s delay] [-c count]

free輸出的內容以下：

slabtop能夠顯示內存分配狀況：

slabtop [--delay n -sort={a|b|c|l|v|n|o|p|s|u}

| –delay | 採樣間隔 | | 排序 | | | a | 活躍對象 | | b | 所有對象 | | c | 緩存內存總量 | | l | 緩存分片數 | | v | 緩存活躍分片數 | | n | 緩存名 | | o | 對象數量 | | p | 每一個分片使用的頁數量 | | s | 對象大小 |

sar能夠輸出內存信息：

sar [-B] [-r] [-R]

| -B | 缺頁數量 | | -W | 交換頁數量 | | -r | 內存信息 |

sar輸出的內容有：

查看文件文件/proc/meminfo也能夠獲得內存信息：

4 性能工具：特定進程CPU

time命令（/usr/bin/time，不是bash內置的time函數）能夠輸出

time [-v] application

time命令的輸出以下

strace是一個觀察系統調用執行狀況的工具：

strace [-c] [-p pid] [-o file] [command [arg ...]]

strace輸出各種內容爲：

ltrace和strace相似，區別在於ltrace跟蹤程序對庫的調用：

ltrace [-c] [-p pid] [-o filename] [-S] command

ltrace輸出各種內容和strace相似：

ps也是一個很好的工具：

ps [-o etime,time,pcpu,command] [-u user] [-U user] [PID]

在執行動態連接程序時，首先運行的是Linux加載器ld.so。要觀察程序啓動時ld消耗的時間，能夠用：

env LD_DEBUG=statistics,help LD_DEUBG_OUTPUT=filename <command>

gprof [-p -flat-profile -q --graph --brief -A -annotated-source] app

5 性能工具：特定進程內存

ps [-o vsz,rss,tsiz,dsiz,majflt,minflt,pmem,command] <pid>

/proc/<PID>/status

/proc/<PID>/maps

valgrind --skin-cachegrind application
cg_annotation --pid [--auto=yes|no]

kcachegrind能夠檢測高速緩存。

calltree application
kcachegrind cachegrind.out.pid

ipcs [-t] [-c] [-l] [-u] [-p]

6 性能工具：磁盤I/O

Linux上IDE驅動的磁盤多被命名爲hda、hdb、hdc等，SCSI驅動的硬盤被命名爲sda、sdb、sdc等。分區名是在磁盤名後面添加分區號，好比首個IDE磁盤的第二個分區是/dev/hda2。

vmstat能夠用來觀察磁盤I/O狀況：

vmstat [-D] [-d] [-p partition] [interval [count]]

vmstat輸出的I/O統計信息有：

iostat [-d] [-k] [-x] [device] [interval] [count]

iostat輸出的內容以下：

sar -d [interval [count]]

lsof [-r delay] [+D directory] [+d directory] [file]

lsof輸出的內容有：

7 性能工具：網絡

當數據幀通過內核時，Linux會統計以下信息：

-發送/接收。正常收發的數據。 -錯誤。多是電纜損壞或雙工不匹配。 -丟棄。因爲內存或緩衝區不足丟棄的數據。 -溢出。因爲內核或網卡收到太多的幀，被網絡丟棄的數據。 -幀。因爲物理層面緣由被丟棄的幀，如CRC校驗錯誤。 -多播。 -壓縮。如PPP（點對點）協議或SLIP（串行線路網際）協議會壓縮幀數據。

在Linux下，以太網設備被命名爲ethN，如eth0就是第一個以太網設備。PPP設備以pppN命名。

mii-tool能夠檢測以太網設備信息：

mii-tool [-v] [device]

ethtool [device]

ifconfig [device]

ip -s [-s] link

sar [-n DEV | EDEV | SOCK | FULL] [DEVICE] [interval] [count]

sar輸出以下：

iptraf [-d interface] [-s interface] [-t <minutes>]

netstat [-p] [-c] [-interfaces=<name>] [-s] [-t] [-u] [-w]

8 實用工具：性能工具助手

while true; do sleep 1; /sbin/ifconfig eth0 | grep 'RX packets'; done;

script命令會啓動一個新shell，記錄shell中的全部輸入和輸出。

script [-a] [-t] [file]

| -a | 追加寫入文件 | | -t | 計時 | | file | 輸出文件名，默認是typescript |

在使用時，最好先設置爲啞終端：

export TERM=dumb
script ps_output

watch每秒運行一次命令，並將命令輸出的變化突出顯示：

watch [-d [=cumulative]] [-n sec] <command>

watch -n 10 "ps -o minflt,cmd"

ldd <binary>

objdump -T <binary>

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