Linux服務器性能評估與優化

http://www.t086.com/article/4553、http://www.javashuo.com/article/p-odlxziwt-ce.html

1、影響Linux服務器性能的因素 

1. 操做系統級

 

Ø       CPU

Ø       內存

Ø       磁盤I/O帶寬

Ø       網絡I/O帶寬

 

2.        程序應用級

 

2、系統性能評估標準

影響性能因素	評判標準
	好	壞	糟糕
CPU	user% + sys%< 70%	user% + sys%= 85%	user% + sys% >=90%
內存	Swap In（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。

 

3、系統性能分析工具

 

1.經常使用系統命令 

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

 

2.經常使用組合方式 

•           用vmstat、sar、iostat檢測是不是CPU瓶頸

•           用free、vmstat檢測是不是內存瓶頸

•           用iostat檢測是不是磁盤I/O瓶頸

•           用netstat檢測是不是網絡帶寬瓶頸

 

4、Linux性能評估與優化

 

1. 系統總體性能評估（uptime命令）

 

[root@web1 ~]# uptime

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

這裏須要注意的是：load average這個輸出值，這三個值的大小通常不能大於系統CPU的個數，例如，本輸出中系統有8個CPU,若是load average的三個值長期大於8時，說明CPU很繁忙，負載很高，可能會影響系統性能，可是偶爾大於8時，倒不用擔憂，通常不會影響系統性能。相反，若是load average的輸出值小於CPU的個數，則表示CPU還有空閒的時間片，好比本例中的輸出，CPU是很是空閒的。

 

2. CPU性能評估

 

（1）利用vmstat命令監控系統CPU

   該命令能夠顯示關於系統各類資源之間相關性能的簡要信息，這裏咱們主要用它來看CPU一個負載狀況。

   下面是vmstat命令在某個系統的輸出結果：

 

[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

l        Procs

     r列表示運行和等待cpu時間片的進程數，這個值若是長期大於系統CPU的個數，說明CPU不足，須要增長CPU。

     b列表示在等待資源的進程數，好比正在等待I/O、或者內存交換等。

l        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，可是若是長期大於50%，就須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資源不少。

    根據經驗，us+sy的參考值爲80%，若是us+sy大於 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，能夠對系統的每一個方面進行單獨的統計，可是使用sar命令會增長系統開銷，不過這些開銷是能夠評估的，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：

[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

                           

對上面每項的輸出解釋以下：

l        %user列顯示了用戶進程消耗的CPU 時間百分比。

l        %nice列顯示了運行正常進程所消耗的CPU 時間百分比。

l        %system列顯示了系統進程消耗的CPU時間百分比。

l        %iowait列顯示了IO等待所佔用的CPU時間百分比

l        %steal列顯示了在內存相對緊張的環境下pagein強制對不一樣的頁面進行的steal操做 。

l        %idle列顯示了CPU處在空閒狀態的時間百分比。

 

問題

1.你是否遇到過系統CPU總體利用率不高，而應用緩慢的現象？

       在一個多CPU的系統中，若是程序使用了單線程，會出現這麼一個現象，CPU的總體使用率不高，可是系統應用卻響應緩慢，這多是因爲程序使用單線程的緣由，單線程只使用一個CPU，致使這個CPU佔用率爲100%，沒法處理其它請求，而其它的CPU卻閒置，這就致使了總體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內存使用情況最經常使用的指令，看下面的一個輸出：

[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

     通常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，表示系統內存資源很是充足，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，須要增長系統內存，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知足應用需求，暫時不影響系統性能。

3.內存性能評估

 

（1）利用free指令監控內存

free是監控linux內存使用情況最經常使用的指令，看下面的一個輸出：

[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

     通常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，表示系統內存資源很是充足，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，須要增長系統內存，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知足應用需求，暫時不影響系統性能。

  

（2）利用vmstat命令監控內存

 

[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

l        memory

         swpd列表示切換到內存交換區的內存數量（以k爲單位）。若是swpd的值不爲0，或者比較大，只要si、so的值長期爲0，這種狀況下通常不用擔憂，不會影響系統性能。

         free列表示當前空閒的物理內存數量（以k爲單位）

         buff列表示buffers cache的內存數量，通常對塊設備的讀寫才須要緩衝。

         cache列表示page cached的內存數量，通常做爲文件系統cached，頻繁訪問的文件都會被cached，若是cache值較大，說明cached的文件數較多，若是此時IO中bi比較小，說明文件系統效率比較好。

l        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。

通常狀況下，si、so的值都爲0，若是si、so的值長期不爲0，則表示系統內存不足。須要增長系統內存。

 

4.磁盤I/O性能評估 

（1）磁盤存儲基礎

l             熟悉RAID存儲方式，能夠根據應用的不一樣，選擇不一樣的RAID方式。

l             儘量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做處理，由於內存讀寫操做比直接磁盤讀寫的效率要高千倍。

l             將常常進行讀寫的文件與長期不變的文件獨立出來，分別放置到不一樣的磁盤設備上。

l              對於寫操做頻繁的數據，能夠考慮使用裸設備代替文件系統。

        

       使用裸設備的優勢有：

ü           數據能夠直接讀寫，不須要通過操做系統級的緩存，節省了內存資源，避免了內存資源爭用。

ü           避免了文件系統級的維護開銷，好比文件系統須要維護超級塊、I-node等。

ü           避免了操做系統的cache預讀功能，減小了I/O請求。

       使用裸設備的缺點是：

ü            數據管理、空間管理不靈活，須要很專業的人來操做。

 

（2）利用iostat評估磁盤性能

[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

對上面每項的輸出解釋以下：

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表示讀取的全部塊數。

Blk_wrtn表示寫入的全部塊數。

Ø            能夠經過Blk_read/s和Blk_wrtn/s的值對磁盤的讀寫性能有一個基本的瞭解，若是Blk_wrtn/s值很大，表示磁盤的寫操做很頻繁，能夠考慮優化磁盤或者優化程序，若是Blk_read/s值很大，表示磁盤直接讀取操做不少，能夠將讀取的數據放入內存中進行操做。

Ø            對於這兩個選項的值沒有一個固定的大小，根據系統應用的不一樣，會有不一樣的值，可是有一個規則仍是能夠遵循的：長期的、超大的數據讀寫，確定是不正常的，這種狀況必定會影響系統性能。

 

 

（3）利用sar評估磁盤性能

         經過「sar –d」組合，能夠對系統的磁盤IO作一個基本的統計，請看下面的一個輸出：

[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

      須要關注的幾個參數含義：

     await表示平均每次設備I/O操做的等待時間（以毫秒爲單位）。

     svctm表示平均每次設備I/O操做的服務時間（以毫秒爲單位）。

     %util表示一秒中有百分之幾的時間用於I/O操做。

 

 

對以磁盤IO性能，通常有以下評判標準：

     正常狀況下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值形成影響，過多的請求也會間接的致使svctm值的增長。

     await值的大小通常取決與svctm的值和I/O隊列長度以及I/O請求模式，若是svctm的值與await很接近，表示幾乎沒有I/O等待，磁盤性能很好，若是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，此時能夠經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，若是%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做，該磁盤可能存在瓶頸。長期下去，勢必影響系統的性能，能夠經過優化程序或者經過更換更高、更快的磁盤來解決此問題。

 

5. 網絡性能評估

 

（1）經過ping命令檢測網絡的連通性

（2）經過netstat –i組合檢測網絡接口情況

（3）經過netstat –r組合檢測系統的路由表信息

（4）經過sar –n組合顯示系統的網絡運行狀態

 

5、Oracle在Linux下的性能優化

 

Oracle數據庫內存參數的優化

Ø       與oracle相關的系統內核參數

Ø       SGA、PGA參數設置

 

Oracle下磁盤存儲性能優化

Ø       文件系統的選擇（ext2/ext三、xfs、ocfs2）

Ø       Oracle  ASM存儲

 1.優化oracle性能參數以前要了解的狀況

1）物理內存有多大

2）操做系統估計要使用多大內存

3）數據庫是使用文件系統仍是裸設備

4）有多少併發鏈接

5）應用是OLTP類型仍是OLAP類型

 

2.oracle數據庫內存參數的優化

 

（1）系統內核參數

修改 /etc/sysctl.conf 這個文件，加入如下的語句：

kernel.shmmax = 2147483648

kernel.shmmni = 4096

kernel.shmall = 2097152

kernel.sem = 250 32000 100 128

fs.file-max = 65536

net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000

參數依次爲：

Kernel.shmmax:共享內存段的最大尺寸（以字節爲單位）。

Kernel.shmmni：系統中共享內存段的最大數量。

Kernel.shmall：共享內存總量，以頁爲單位。

fs.file-max：文件句柄數，表示在Linux系統中能夠打開的文件數量。

net.ipv4.ip_local_port_range：應用程序可以使用的IPv4端口範圍。

 

須要注意的幾個問題

關於Kernel.shmmax

     Oracle SGA 由共享內存組成，若是錯誤設置 SHMMAX可能會限制SGA 的大小，SHMMAX設置不足可能會致使如下問題：ORA-27123:unable to attach to shared memory segment，若是該參數設置小於Oracle SGA設置，那麼SGA就會被分配多個共享內存段。這在繁忙的系統中可能成爲性能負擔，帶來系統問題。

     Oracle建議Kernel.shmmax最好大於sga，以讓oracle共享內存區SGA在一個共享內存段中，從而提升性能。

關於Kernel.shmall

     表示系統共享內存總大小，以頁爲單位。

     一個32位的Linux系統，8G的內存，能夠設置kernel.shmall = 2097152，即爲： 2097152*4k/1024/1024 = 8G就是說可用共享內存一共8G，這裏的4K是32位操做系統一頁的大小，即4096字節。

關於Kernel.shmmni

     表示系統中共享內存段的最大數量。系統默認是4096，通常無需修改，在SUN OS下還有Kernel.shmmin參數，表示共享內存段最小尺寸，勿要混餚！ 
（2）SGA、PAG參數的設置

 

A Oracle在內存管理方面的改進

     Oracle 9i經過參數PGA_AGGREGATE_TARGET參數實現PGA自動管理  Oracle 10g經過參數SGA_TARGET參數實現了SGA的自動管理，

     Oracle 11g實現了數據庫全部內存塊的全自動化管理，使得動態管理SGA和PGA成爲現實。

 

自動內存管理的兩個參數：

     MEMORY_TARGET：表示整個ORACLE實例所能使用的內存大小，包括PGA和SGA的總體大小，即這個參數是動態的，能夠動態控制SGA和PGA的大小。

     MEMORY_MAX_TARGET：這個參數定義了MEMORY_TARGET最大能夠達到而不用重啓實例的值，若是沒有設置MEMORY_MAX_TARGET值，默認等於MEMORY_TARGET的值。

     使用動態內存管理時，SGA_TARGET和PGA_AGGREGATE_TARGET表明它們各自內存區域的最小設置，要讓Oracle徹底控制內存管理，這兩個參數應該設置爲0。

B Oracle五種內存管理方式

Ø         自動內存管理,即AMM (Automatic Memory Management）

Ø         自動共享內存管理，即ASMM（Automatic Shared Memory Management）

Ø         手動共享內存管理

Ø         自動PGA管理

Ø         手動PGA管理

 

自動內存管理（AMM）

默認安裝oracle11g的實例就是AMM方式。經過以下查看：

示例以下：

SQL> show parameters target 
NAME                                       TYPE                  VALUE
------------ ---------------------      ------------------    ---------------------- archive_lag_target                     integer                      0
db_flashback_retention_target   integer                    1860
fast_start_io_target                    integer                      0
fast_start_mttr_target                 integer                      0
memory_max_target                  big integer              1400M
memory_target                          big integer              1400M
pga_aggregate_target                big integer                0
sga_target                                  big integer                0

注意：若是初始化參數 LOCK_SGA ＝ true ，則 AMM 是不可用的。

自動共享內存管理

自動共享內存管理是oracle10g引進的，若是要使用自動共享內存管理，只需設置MEMORY_TARGET=0，而後顯式指定SGA_TARGET便可。

示例以下：

SQL> alter system set memory_target=0 scope=both;
System altered.
SQL> alter system set sga_target=1024m scope=both;
System altered.
SQL>

 

手工共享內存管理

Oracle9i以及之前版本，只能手工設置共享內存管理，若是要使用手動共享內存管理，首先須要設置SGA_TARGET 與 MEMORY_TARGET爲0。

SGA包含主要參數有：

share_pool_size：共享池大小，建議300-500M之間。

Log_buffer：日誌緩衝區大小，建議1-3M之間。

Large_pool_size：大緩衝池大小，非MTS系統，建議在20-30M之間。

Java_pool_size：java池大小，沒有java應用時，建議10-20M之間。

db_cache_size：數據緩衝區大小，根據可以使用內存大小，儘量大。

 

自動PAG管理

Oracle9i版本引入了自動PGA管理，若是使用的是AMM管理方式，則無需擔憂PGA的配置，可是若是對對AMM管理不放心的話，能夠設置自動PGA管理，設置

     WORKAREA_SIZE_POLICY ＝ AUTO

而後指定PGA_AGGREGATE_TARGET大小便可。，

 

手工PAG管理

 

若是要作到精確的控制PGA，還能夠設置手動管理PGA，設置

WORKAREA_SIZE_POLICY = manual

而後分別指定PGA相關參數便可：

PGA相關參數有：

SORT_AREA_SIZE

SORT_AREA_RETAINED_SIZE，

 

3.Oracle下磁盤存儲性能優化

 

①      選擇文件系統存取數據

文件系統的選擇

     單一文件系統（ext二、ext三、xfs等）

     集羣文件系統（gfs、ocfs2）

文件系統存儲優缺點：

     優勢：管理維護方便。

     缺點：數據讀寫要通過操做系統級的緩存，效率不是很高。

②      ASM（Automatic Storage Management）

ASM優勢：

     數據可直接讀寫，無需通過操做系統存取效率很高，讀寫效率與直接的原始設備基本相同。

     Oracle提供了專門的管理和維護工具

 

關於做者

 高俊峯，網名：南非螞蟻

IXPUB 「存儲設備與容災技術」及「 Linux與開源世界」版主。

 喜歡oracle和 Unix/Linux技術，平時主要活動在ITPUB.net﹑IXPUB.net﹑ChinaUnix.net等大型技術社區，一直致力與oracle數據庫﹑Unix/Linux操做系統管理﹑優化領域，如今主要從事oracle數據庫管理和項目規劃設計工做，擅長oracle數據庫的備份恢復，性能調優，對Unix/Linux集羣應用也有必定的研究。