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
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
• 用vmstat、sar、iostat检测是否是CPU瓶颈
• 用free、vmstat检测是否是内存瓶颈
• 用iostat检测是否是磁盘I/O瓶颈
• 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)

[[email protected] ~]# 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:

[[email protected] ~]# 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:
[[email protected] ~]# 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:
[[email protected] ~]# 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

[[email protected] ~]# 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
[[email protected] ~]# 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。
  1. 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。
  2. 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:
[[email protected] ~]# 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

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