Linux 性能优化总结！3

如何迅速分析内存的性能瓶颈

通常先运行几个覆盖面比较大的性能工具，如 free，top，vmstat，pidstat 等

• 先用 free 和 top 查看系统整体内存使用情况
• 再用 vmstat 和 pidstat，查看一段时间的趋势，从而判断内存问题的类型
• 最后进行详细分析，比如内存分配分析，缓存/缓冲区分析，具体进程的内存使用分析等

常见的优化思路：

• 最好禁止 Swap，若必须开启则尽量降低 swappiness 的值
• 减少内存的动态分配，如可以用内存池，HugePage 等
• 尽量使用缓存和缓冲区来访问数据。如用堆栈明确声明内存空间来存储需要缓存的数据，或者用 Redis 外部缓存组件来优化数据的访问
• cgroups 等方式来限制进程的内存使用情况，确保系统内存不被异常进程耗尽
• /proc/pid/oom_adj 调整核心应用的 oom_score，保证即使内存紧张核心应用也不会被OOM杀死

vmstat 使用详解

vmstat 命令是最常见的 Linux/Unix 监控工具，可以展现给定时间间隔的服务器的状态值，包括服务器的 CPU 使用率，内存使用，虚拟内存交换情况，IO读写情况。可以看到整个机器的 CPU，内存，IO 的使用情况，而不是单单看到各个进程的 CPU 使用率和内存使用率（使用场景不一样）。

vmstat 2procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu----- r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st 1  0      0 1379064 282244 11537528    0    0     3   104    0    0  3  0 97  0  0 0  0      0 1372716 282244 11537544    0    0     0    24 4893 8947  1  0 98  0  0 0  0      0 1373404 282248 11537544    0    0     0    96 5105 9278  2  0 98  0  0 0  0      0 1374168 282248 11537556    0    0     0     0 5001 9208  1  0 99  0  0 0  0      0 1376948 282248 11537564    0    0     0    80 5176 9388  2  0 98  0  0 0  0      0 1379356 282256 11537580    0    0     0   202 5474 9519  2  0 98  0  0 1  0      0 1368376 282256 11543696    0    0     0     0 5894 8940 12  0 88  0  0 1  0      0 1371936 282256 11539240    0    0     0 10554 6176 9481 14  1 85  1  0 1  0      0 1366184 282260 11542292    0    0     0  7456 6102 9983  7  1 91  0  0 1  0      0 1353040 282260 11556176    0    0     0 16924 7233 9578 18  1 80  1  0 0  0      0 1359432 282260 11549124    0    0     0 12576 5495 9271  7  0 92  1  0 0  0      0 1361744 282264 11549132    0    0     0    58 8606 15079  4  2 95  0  0 1  0      0 1367120 282264 11549140    0    0     0     2 5716 9205  8  0 92  0  0 0  0      0 1346580 282264 11562644    0    0     0    70 6416 9944 12  0 88  0  0 0  0      0 1359164 282264 11550108    0    0     0  2922 4941 8969  3  0 97  0  0 1  0      0 1353992 282264 11557044    0    0     0     0 6023 8917 15  0 84  0  0
# 结果说明- r 表示运行队列(就是说多少个进程真的分配到CPU)，我测试的服务器目前CPU比较空闲，没什么程序在跑，当这个值超过了CPU数目，就会出现CPU瓶颈了。这个也和top的负载有关系，一般负载超过了3就比较高，超过了5就高，超过了10就不正常了，服务器的状态很危险。top的负载类似每秒的运行队列。如果运行队列过大，表示你的CPU很繁忙，一般会造成CPU使用率很高。
- b 表示阻塞的进程,这个不多说，进程阻塞，大家懂的。
- swpd 虚拟内存已使用的大小，如果大于0，表示你的机器物理内存不足了，如果不是程序内存泄露的原因，那么你该升级内存了或者把耗内存的任务迁移到其他机器。
- free   空闲的物理内存的大小，我的机器内存总共8G，剩余3415M。
- buff   Linux/Unix系统是用来存储，目录里面有什么内容，权限等的缓存，我本机大概占用300多M
- cache cache直接用来记忆我们打开的文件,给文件做缓冲，我本机大概占用300多M(这里是Linux/Unix的聪明之处，把空闲的物理内存的一部分拿来做文件和目录的缓存，是为了提高 程序执行的性能，当程序使用内存时，buffer/cached会很快地被使用。)
- si  每秒从磁盘读入虚拟内存的大小，如果这个值大于0，表示物理内存不够用或者内存泄露了，要查找耗内存进程解决掉。我的机器内存充裕，一切正常。
- so  每秒虚拟内存写入磁盘的大小，如果这个值大于0，同上。
- bi  块设备每秒接收的块数量，这里的块设备是指系统上所有的磁盘和其他块设备，默认块大小是1024byte，我本机上没什么IO操作，所以一直是0，但是我曾在处理拷贝大量数据(2-3T)的机器上看过可以达到140000/s，磁盘写入速度差不多140M每秒
- bo 块设备每秒发送的块数量，例如我们读取文件，bo就要大于0。bi和bo一般都要接近0，不然就是IO过于频繁，需要调整。
- in 每秒CPU的中断次数，包括时间中断
- cs 每秒上下文切换次数，例如我们调用系统函数，就要进行上下文切换，线程的切换，也要进程上下文切换，这个值要越小越好，太大了，要考虑调低线程或者进程的数目,例如在apache和nginx这种web服务器中，我们一般做性能测试时会进行几千并发甚至几万并发的测试，选择web服务器的进程可以由进程或者线程的峰值一直下调，压测，直到cs到一个比较小的值，这个进程和线程数就是比较合适的值了。系统调用也是，每次调用系统函数，我们的代码就会进入内核空间，导致上下文切换，这个是很耗资源，也要尽量避免频繁调用系统函数。上下文切换次数过多表示你的CPU大部分浪费在上下文切换，导致CPU干正经事的时间少了，CPU没有充分利用，是不可取的。
- us 用户CPU时间，我曾经在一个做加密解密很频繁的服务器上，可以看到us接近100,r运行队列达到80(机器在做压力测试，性能表现不佳)。
- sy 系统CPU时间，如果太高，表示系统调用时间长，例如是IO操作频繁。
- id 空闲CPU时间，一般来说，id + us + sy = 100,一般我认为id是空闲CPU使用率，us是用户CPU使用率，sy是系统CPU使用率。
- wt 等待IO CPU时间

pidstat 使用详解

pidstat 主要用于监控全部或指定进程占用系统资源的情况，如CPU，内存、设备IO、任务切换、线程等。

使用方法：

• pidstat –d interval times 统计各个进程的IO使用情况
• pidstat –u interval times 统计各个进程的CPU统计信息
• pidstat –r interval times 统计各个进程的内存使用信息
• pidstat -w interval times 统计各个进程的上下文切换
• p PID 指定PID

1、统计 IO 使用情况

pidstat -d 1 10
03:02:02 PM   UID       PID   kB_rd/s   kB_wr/s kB_ccwr/s  Command03:02:03 PM     0       816      0.00    918.81      0.00  jbd2/vda1-803:02:03 PM     0      1007      0.00      3.96      0.00  AliYunDun03:02:03 PM   997      7326      0.00   1904.95    918.81  java03:02:03 PM   997      8539      0.00      3.96      0.00  java03:02:03 PM     0     16066      0.00     35.64      0.00  cmagent
03:02:03 PM   UID       PID   kB_rd/s   kB_wr/s kB_ccwr/s  Command03:02:04 PM     0       816      0.00   1924.00      0.00  jbd2/vda1-803:02:04 PM   997      7326      0.00  11156.00   1888.00  java03:02:04 PM   997      8539      0.00      4.00      0.00  java

• UID
• PID
• kB_rd/s：每秒进程从磁盘读取的数据量 KB 单位 read from disk each second KB
• kB_wr/s：每秒进程向磁盘写的数据量 KB 单位 write to disk each second KB
• kB_ccwr/s：每秒进程向磁盘写入，但是被取消的数据量，This may occur when the task truncates some dirty pagecache.
• iodelay：Block I/O delay，measured in clock ticks
• Command：进程名 task name

2、统计 CPU 使用情况

# 统计CPUpidstat -u 1 1003:03:33 PM   UID       PID    %usr %system  %guest    %CPU   CPU  Command03:03:34 PM     0      2321    3.96    0.00    0.00    3.96     0  ansible03:03:34 PM     0      7110    0.00    0.99    0.00    0.99     4  pidstat03:03:34 PM   997      8539    0.99    0.00    0.00    0.99     5  java03:03:34 PM   984     15517    0.99    0.00    0.00    0.99     5  java03:03:34 PM     0     24406    0.99    0.00    0.00    0.99     5  java03:03:34 PM     0     32158    3.96    0.00    0.00    3.96     2  ansible

• UID
• PID
• %usr: 进程在用户空间占用 cpu 的百分比
• %system: 进程在内核空间占用 CPU 百分比
• %guest: 进程在虚拟机占用 CPU 百分比
• %wait: 进程等待运行的百分比
• %CPU: 进程占用 CPU 百分比
• CPU: 处理进程的 CPU 编号
• Command: 进程名

3、统计内存使用情况

# 统计内存pidstat -r 1 10Average:      UID       PID  minflt/s  majflt/s     VSZ    RSS   %MEM  CommandAverage:        0         1      0.20      0.00  191256   3064   0.01  systemdAverage:        0      1007      1.30      0.00  143256  22720   0.07  AliYunDunAverage:        0      6642      0.10      0.00 6301904 107680   0.33  javaAverage:      997      7326     10.89      0.00 13468904 8395848  26.04  javaAverage:        0      7795    348.15      0.00  108376   1233   0.00  pidstatAverage:      997      8539      0.50      0.00 8242256 2062228   6.40  javaAverage:      987      9518      0.20      0.00 6300944 1242924   3.85  javaAverage:        0     10280      3.70      0.00  807372   8344   0.03  aliyun-serviceAverage:      984     15517      0.40      0.00 6386464 1464572   4.54  javaAverage:        0     16066    236.46      0.00 2678332  71020   0.22  cmagentAverage:      995     20955      0.30      0.00 6312520 1408040   4.37  javaAverage:      995     20956      0.20      0.00 6093764 1505028   4.67  javaAverage:        0     23936      0.10      0.00 5302416 110804   0.34  javaAverage:        0     24406      0.70      0.00 10211672 2361304   7.32  javaAverage:        0     26870      1.40      0.00 1470212  36084   0.11  promtail

• UID
• PID
• Minflt/s : 每秒次缺页错误次数 （minor page faults），虚拟内存地址映射成物理内存地址产生的 page fault 次数
• Majflt/s : 每秒主缺页错误次数 (major page faults), 虚拟内存地址映射成物理内存地址时，相应 page 在 swap 中
• VSZ virtual memory usage : 该进程使用的虚拟内存 KB 单位
• RSS : 该进程使用的物理内存 KB 单位
• %MEM : 内存使用率
• Command : 该进程的命令 task name

4、查看具体进程使用情况

pidstat -T ALL -r -p 20955 1 1003:12:16 PM   UID       PID  minflt/s  majflt/s     VSZ    RSS   %MEM  Command03:12:17 PM   995     20955      0.00      0.00 6312520 1408040   4.37  java
03:12:16 PM   UID       PID minflt-nr majflt-nr  Command03:12:17 PM   995     20955         0         0  java

-End-