Linux服务器性能评估与优化
2013-08-09 16:28:13
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
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）
[root@web1 ~]# 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：
[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。
l 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：
[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
对上面每项的输出解释如下：
l %user列显示了用户进程消耗的CPU 时间百分比。
l %nice列显示了运行正常进程所消耗的CPU 时间百分比。
l %system列显示了系统进程消耗的CPU时间百分比。
l %iowait列显示了IO等待所占用的CPU时间百分比
l %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 。
l %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：
[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
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。
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：
[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
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
[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。
l 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
l 熟悉RAID存储方式，可以根据应用的不同，选择不同的RAID方式。
l 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。
l 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。
l 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：
ü 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。
ü 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。
ü 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：
ü 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
[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
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。
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。
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 �Cd”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：
[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
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 �Ci组合检测网络接口状况
（3）通过netstat �Cr组合检测系统的路由表信息
（4）通过sar �Cn组合显示系统的网络运行状态
五、Oracle在Linux下的性能优化
Oracle数据库内存参数的优化
与oracle相关的系统内核参数
SGA、PGA参数设置
Oracle下磁盘存储性能优化
文件系统的选择（ext2/ext3、xfs、ocfs2）
Oracle ASM存储
1.优化oracle性能参数之前要了解的情况
1）物理内存有多大
2）操作系统估计要使用多大内存
3）数据库是使用文件系统还是裸设备
4）有多少并发连接
5）应用是OLTP类型还是OLAP类型
2.oracle数据库内存参数的优化
（1）系统内核参数
修改 /etc/sysctl.conf 这个文件，加入以下的语句：
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
参数依次为：
Kernel.shmmax:共享内存段的最大尺寸（以字节为单位）。
Kernel.shmmni：系统*享内存段的最大数量。
Kernel.shmall：共享内存总量，以页为单位。
fs.file-max：文件句柄数，表示在Linux系统中可以打开的文件数量。
net.ipv4.ip_local_port_range：应用程序可使用的IPv4端口范围。
需要注意的几个问题
关于Kernel.shmmax
Oracle SGA 由共享内存组成，如果错误设置 SHMMAX可能会限制SGA 的大小，SHMMAX设置不足可能会导致以下问题：ORA-27123:unable to attach to shared memory segment，如果该参数设置小于Oracle SGA设置，那么SGA就会被分配多个共享内存段。这在繁忙的系统中可能成为性能负担，带来系统问题。
Oracle建议Kernel.shmmax最好大于sga，以让oracle共享内存区SGA在一个共享内存段中，从而提高性能。
关于Kernel.shmall
表示系统共享内存总大小，以页为单位。
一个32位的Linux系统，8G的内存，可以设置kernel.shmall = 2097152，即为： 2097152*4k/1024/1024 = 8G就是说可用共享内存一共8G，这里的4K是32位操作系统一页的大小，即4096字节。
关于Kernel.shmmni
表示系统*享内存段的最大数量。系统默认是4096，一般无需修改，在SUN OS下还有Kernel.shmmin参数，表示共享内存段最小尺寸，勿要混肴！
（2）SGA、PAG参数的设置
A Oracle在内存管理方面的改进
Oracle 9i通过参数PGA_AGGREGATE_TARGET参数实现PGA自动管理 Oracle 10g通过参数SGA_TARGET参数实现了SGA的自动管理，
Oracle 11g实现了数据库所有内存块的全自动化管理，使得动态管理SGA和PGA成为现实。
自动内存管理的两个参数：
MEMORY_TARGET：表示整个ORACLE实例所能使用的内存大小，包括PGA和SGA的整体大小，即这个参数是动态的，可以动态控制SGA和PGA的大小。
MEMORY_MAX_TARGET：这个参数定义了MEMORY_TARGET最大可以达到而不用重启实例的值，如果没有设置MEMORY_MAX_TARGET值，默认等于MEMORY_TARGET的值。
使用动态内存管理时，SGA_TARGET和PGA_AGGREGATE_TARGET代表它们各自内存区域的最小设置，要让Oracle完全控制内存管理，这两个参数应该设置为0。
B Oracle五种内存管理方式
自动内存管理,即AMM (Automatic Memory Management）
自动共享内存管理，即ASMM（Automatic Shared Memory Management）
手动共享内存管理
自动PGA管理
手动PGA管理
自动内存管理（AMM）
默认安装oracle11g的实例就是AMM方式。通过如下查看：
示例如下：
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：如果初始化参数 LOCK_SGA ＝ true ，则 AMM 是不可用的。
自动共享内存管理
自动共享内存管理是oracle10g引进的，如果要使用自动共享内存管理，只需设置MEMORY_TARGET=0，然后显式指定SGA_TARGET即可。
示例如下：
SQL> alter system set memory_target=0 scope=both;
System altered.
SQL> alter system set sga_target=1024m scope=both;
System altered.
SQL>
手工共享内存管理
Oracle9i以及以前版本，只能手工设置共享内存管理，如果要使用手动共享内存管理，首先需要设置SGA_TARGET 与 MEMORY_TARGET为0。
SGA包含主要参数有：
share_pool_size：共享池大小，建议300-500M之间。
Log_buffer：日志缓冲区大小，建议1-3M之间。
Large_pool_size：大缓冲池大小，非MTS系统，建议在20-30M之间。
Java_pool_size：java池大小，没有java应用时，建议10-20M之间。
db_cache_size：数据缓冲区大小，根据可使用内存大小，尽可能大。
自动PAG管理
Oracle9i版本引入了自动PGA管理，如果使用的是AMM管理方式，则无需担心PGA的配置，但是如果对对AMM管理不放心的话，可以设置自动PGA管理，设置
WORKAREA_SIZE_POLICY ＝ AUTO
然后指定PGA_AGGREGATE_TARGET大小即可。，
手工PAG管理
如果要做到精确的控制PGA，还可以设置手动管理PGA，设置
WORKAREA_SIZE_POLICY = manual
然后分别指定PGA相关参数即可：
PGA相关参数有：
SORT_AREA_SIZE
SORT_AREA_RETAINED_SIZE，
3.Oracle下磁盘存储性能优化
① 选择文件系统存取数据
文件系统的选择
单一文件系统（ext2、ext3、xfs等）
集群文件系统（gfs、ocfs2）
文件系统存储优缺点：
优点：管理维护方便。
缺点：数据读写要经过操作系统级的缓存，效率不是很高。
② ASM（Automatic Storage Management）
ASM优点：
数据可直接读写，无需经过操作系统存取效率很高，读写效率与直接的原始设备基本相同。
Oracle提供了专门的管理和维护工具
本文转摘自→ http://www.itlearner.com/article/4553
范例：NFS的调优
首先介绍下服务器的环境，这台服务器通过nfs将存储上的数据共享给客户端服务器，开发人员在客户端服务器上工作，开发团队大概有100人。由于开发人员多，项目也多，完全有可能因为nfs服务的性能瓶颈影响系统性能。
记得曾经跟红帽售后提过一个问题，大概是：我nfs服务器要接受好几台客户端服务器的挂载，而且研发人员也多，负载高的话，nfs服务会不会受不了。当时售后给我的答复是“没关系，只要把nfs进程数调大来就可以了”，如此淡定的回答让我信服了。不过这个时候我nfs服务器进程已经调到80个进程了，难道还不够？于是把进程数改到160个，重启nfs服务，观察了一段时间，服务器负载降下来了，到现在再也没出现类似负载高的情况。
其实像这样规模的开发环境就不应该用一台服务器安装linux系统搭建nfs服务来共享文件，这样性能也不怎么好，而应该直接用一台中高端的存储设备，用存储自带的nfs共享功能，这样性能比系统搭建出来的nfs性能要好，这也是当初环境搭建方案的一个败笔。
调整nfs进程方法：
[root@server2 ~]# vim /etc/init.d/nfs
# Number of servers to be started by default
[ -z "$RPCNFSDCOUNT" ] && RPCNFSDCOUNT=8
默认是8个进程，一般在生产服务器上，在系统资源够的情况下，可以按照一颗CPU 8个nfs进程来算，我24颗CPU 160个进程也比较合理。如果有某个系统资源成瓶颈的时候，就要适当减少nfs进程数,否则也有可能因为nfs进程过多导致负载升高。
详细请参考：http://www.codesky.net/article/201208/171223.html