Linux系统性能优化：七个实战经验

Linux系统的性能是指操作系统完成任务的有效性、稳定性和响应速度。Linux系统管理员可能经常会遇到系统不稳定、响应速度慢等问题，例如在Linux上搭建了一个web服务，经常出现网页无法打开、打开速度慢等现象，而遇到这些问题，就有人会抱怨Linux系统不好，其实这些都是表面现象。

操作系统完成一个任务时，与系统自身设置、网络拓朴结构、路由设备、路由策略、接入设备、物理线路等多个方面都密切相关，任何一个环节出现问题，都会影响整个系统的性能。因此当Linux应用出现问题时，应当从应用程序、操作系统、服务器硬件、网络环境等方面综合排查，定位问题出现在哪个部分，然后集中解决。

随着容器时代的普及和AI技术的颠覆，面对越来越复杂的业务和架构，再加上企业的降本增效已提上了日程，因此对Linux的高性能、可靠性提出了更高的要求，Linux性能优化成为运维人员的必备的核心技能。

例如，主机CPU使用率过高报警，登录Linux上去top完之后，却不知道怎么进一步定位，到底是系统CPU资源太少，还是应用程序导致的问题？这些Linux性能问题一直困扰着我们，哪怕工作多年的资深工程师也不例外。

本文根据社区探讨，整理出企业Linux系统性能优化的7个实战经验，来自社区专家和会员分享，希望对大家有所帮助。

1、影响Linux系统性能的因素一般有哪些？

@zhaoxiaoyong081平安科技 资深工程师：

Linux系统的性能受多个因素的影响。以下是一些常见的影响Linux系统性能的因素：

• CPU负载：CPU的利用率和负载水平对系统性能有直接影响。高CPU负载可能导致进程响应变慢、延迟增加和系统变得不稳定。
• 内存使用：内存是系统运行的关键资源。当系统内存不足时，可能会导致进程被终止、交换分区使用过多以及系统性能下降。
• 磁盘I/O：磁盘I/O性能是影响系统响应时间和吞吐量的重要因素。高磁盘I/O负载可能导致延迟增加、响应变慢和系统性能下降。
• 网络负载：网络流量的增加和网络延迟会对系统性能产生影响。高网络负载可能导致网络延迟增加、响应变慢和系统资源竞争。
• 进程调度：Linux系统使用进程调度器来管理和分配CPU资源。调度算法的选择和配置会影响进程的优先级和执行顺序，从而影响系统的响应能力和负载均衡。
• 文件系统性能：文件系统的选择和配置对磁盘I/O性能有影响。不同的文件系统可能在性能方面有所差异，适当的文件系统选项和调整可以改善系统性能。
• 内核参数：Linux内核有许多可调整的参数，可以影响系统的性能和行为。例如，TCP/IP参数、内存管理参数、文件系统缓存等。适当的内核参数调整可以改善系统的性能和资源利用率。
• 资源限制和配额：在多用户环境中，资源限制和配额的设置可以控制每个用户或进程可使用的资源量。适当的资源管理可以避免某些进程耗尽系统资源而导致性能问题。

这些因素之间相互关联，对系统性能产生综合影响。为了优化Linux系统性能，需要综合考虑并适当调整这些因素，以满足特定的需求和使用情况。

2、工作中有没有快速排除故障的办法？

@zhaoxiaoyong081 平安科技 资深工程师：

1.CPU 性能分析

利用 top、vmstat、pidstat、strace 以及 perf 等几个最常见的工具，获取 CPU 性能指标后，再结合进程与 CPU 的工作原理，就可以迅速定位出 CPU 性能瓶颈的来源。

比如说，当你收到系统的用户 CPU 使用率过高告警时，从监控系统中直接查询到，导致 CPU 使用率过高的进程；然后再登录到进程所在的 Linux 服务器中，分析该进程的行为。你可以使用 strace，查看进程的系统调用汇总；也可以使用 perf 等工具，找出进程的热点函数；甚至还可以使用动态追踪的方法，来观察进程的当前执行过程，直到确定瓶颈的根源。

2.内存性能分析

可以通过 free 和 vmstat 输出的性能指标，确认内存瓶颈；然后，再根据内存问题的类型，进一步分析内存的使用、分配、泄漏以及缓存等，最后找出问题的来源。

比如说，当你收到内存不足的告警时，首先可以从监控系统中。找出占用内存最多的几个进程。然后，再根据这些进程的内存占用历史，观察是否存在内存泄漏问题。确定出最可疑的进程后，再登录到进程所在的 Linux 服务器中，分析该进程的内存空间或者内存分配，最后弄清楚进程为什么会占用大量内存。

3.磁盘和文件系统 I/O 性能分析

当你使用 iostat ，发现磁盘 I/O 存在性能瓶颈（比如 I/O 使用率过高、响应时间过长或者等待队列长度突然增大等）后，可以再通过 pidstat、 vmstat 等，确认 I/O 的来源。接着，再根据来源的不同，进一步分析文件系统和磁盘的使用率、缓存以及进程的 I/O 等，从而揪出 I/O 问题的真凶。

比如说，当你发现某块磁盘的 I/O 使用率为 100% 时，首先可以从监控系统中，找出 I/O 最多的进程。然后，再登录到进程所在的 Linux 服务器中，借助 strace、lsof、perf 等工具，分析该进程的 I/O 行为。最后，再结合应用程序的原理，找出大量 I/O 的原因。

4.网络性能分析

而要分析网络的性能，要从这几个协议层入手，通过使用率、饱和度以及错误数这几类性能指标，观察是否存在性能问题。比如 ：

在链路层，可以从网络接口的吞吐量、丢包、错误以及软中断和网络功能卸载等角度分析；

在网络层，可以从路由、分片、叠加网络等角度进行分析；

在传输层，可以从 TCP、UDP 的协议原理出发，从连接数、吞吐量、延迟、重传等角度进行分析；

比如，当你收到网络不通的告警时，就可以从监控系统中，查找各个协议层的丢包指标，确认丢包所在的协议层。然后，从监控系统的数据中，确认网络带宽、缓冲区、连接跟踪数等软硬件，是否存在性能瓶颈。最后，再登录到发生问题的 Linux 服务器中，借助 netstat、tcpdump、bcc 等工具，分析网络的收发数据，并且结合内核中的网络选项以及 TCP 等网络协议的原理，找出问题的来源。

3、Linux环境下，怎么排查os中系统负载过高的原因瓶颈？

@zhaoxiaoyong081 平安科技 资深工程师：

在Linux环境下排查系统负载过高的原因和瓶颈，可以采取以下步骤：

• 使用top或htop命令观察系统整体负载情况。查看load average的值，分别表示系统在1分钟、5分钟和15分钟内的平均负载。如果负载值超过CPU核心数量的70-80%，表示系统负载过高。
• 使用top或htop命令查看CPU占用率。观察哪些进程占用了大量的CPU资源。如果有某个进程持续高CPU占用，可能是引起负载过高的原因之一。
• 使用free命令查看系统内存使用情况。观察内存的使用量和剩余量。如果内存使用量接近或超过物理内存容量，可能导致系统开始使用交换空间（swap），进而影响系统性能。
• 使用iotop命令查看磁盘I/O使用情况。观察磁盘读写速率和占用率。如果磁盘I/O负载过高，可能导致系统响应变慢。
• 使用netstat命令或类似工具查看网络连接情况。观察是否存在大量的网络连接或网络流量。如果网络连接过多或网络流量过大，可能影响系统的性能。
• 检查日志文件。查看系统日志文件（如/var/log/messages、/var/log/syslog）以及应用程序日志，寻找任何异常或错误信息，可能有助于确定导致负载过高的问题。
• 使用perf或strace等工具进行进程级别的性能分析。这些工具可以帮助你跟踪进程的系统调用、函数调用和性能瓶颈，进一步确定导致负载过高的具体原因。
• 检查系统的配置和参数设置。审查相关的配置文件（如/etc/sysctl.conf、/etc/security/limits.conf）和参数设置，确保系统的设置与实际需求相匹配，并进行适当的调整。

综合上述步骤，可以帮助你定位系统负载过高的原因和瓶颈，并进一步采取相应的措施来优化系统性能。