【教程主题】：1.linux服务器的性能分析与优化
【主要内容】
【1】影响Linux服务器性能的因素
操作系统级
Ø CPU
目前大部分CPU在同一时间只能运行一个线程，超线程的处理器可以在同一时间处理多个线程，因此可以利用超线程特性提高系统性能。
在linux系统下只有运行SMP内核才能支持超线程，但是安装的CPu数量越多，从超线程获得的性能提升越少。
另外linux内核会将多核的处理器当做多个单独的CPU来识别，例如，两个4核的CPU会被当成8个单个CPU，从性能角度讲，两个4核的CPU整体性能要比8个单核CPU低25%-30%。
可能出现CPU瓶颈的应用有邮件服务器、动态web服务器等。
Ø 内存
内存太小，系统进程将被阻塞，应用也将变得缓慢，甚至失去响应；内存太大，导致资源浪费。
虚拟内存可以缓解物理内存的不足，但是虚拟内存的过多占用会导致应用程序的性能明显下降。
在一个32位处理器的linux系统中超过8GB的物理内存都将被浪费，因此要使用更大的内存，建议安装64位的操作系统，同时开启linux的大内存内核支持。
由于处理器寻址范围的限制，在32位linux操作系统上，应用程序单个进程最大只能使用2GB的内存。
可能出现内存瓶颈的有打印服务器、数据库服务器、静态web服务器等。
Ø 磁盘I/O性能
磁盘RAID技术，Redundant Array of Independent Disk，即独立磁盘冗余阵列，简称磁盘阵列。
RAID通过将多块独立的磁盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个磁盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个磁盘更高的IO性能和数据冗余。
根据磁盘组合方式不同，分为RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID6、RAID7、RAID0+1、RAID10等，常用的有RAID0、RAID1、RAID5、RAID0+1。
RAID0：通过把多块硬盘粘合成一个容量更大的硬盘组，提高磁盘的性能和吞吐量，成本低，至少两块磁盘，但是没有容错和数据修复功能，只能用在对数据安全性要求不高的环境中。
RAID1：也就是磁盘镜像，通过把一个磁盘的数据镜像到另外一个磁盘上，最大限度的保证磁盘数据的可靠性和可修改性，具有很高的数据冗余能力，但是磁盘利用率只有50%，成本较高，多用在保存重要数据的场合。
RAID5：磁盘分段加奇偶校验技术，提高了系统的可靠性。读出效率很高，写效率一般，至少需要3块磁盘，允许一块磁盘故障，不影响数据的可用性。
RAID0+1：把RAID0和RAID1技术结合起来，至少需要4块硬盘，每个盘都有其镜像盘，提高全冗余能力，并具有快速读写能力。
Ø 网络带宽
程序应用级
【2】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。
【3】系统性能分析工具
常用系统命令
Vmstat、sar、iostat、netstat、free、ps、top等
常用组合方式
l 用vmstat、sar、iostat检测是否是CPU瓶颈
l 用free、vmstat检测是否是内存瓶颈
l 用iostat检测是否是磁盘I/O瓶颈
l 用netstat检测是否是网络带宽瓶颈
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 #每2秒更新信息，统计3次
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：
[root@webserver ~]# sar -u 3 5 #u显示系统所有cpu在采样时间内的负载状态
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。
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 #查看以M为单位的内存使用情况
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
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
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。
ü 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 #-d 显示磁盘的使用情况
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。
Ø 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。
Ø 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：
[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 –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 sar -n DEV 5 3
【5】常用分析
netstat -an|awk '/^tcp/{++S[$NF]}END{for (a in S)print a,S[a]}' 查看tcp链接数
netstat -pant |grep ":80"|awk '{print $5}' | awk -F: '{print $1}'|sort|uniq -c|sort -nr 查看连接数最多的ip
cat access.log|awk '{print $1}'|sort|uniq -c|sort -nr|head -n10
提取日志 分别是访问URL和URL访问来源 排序
awk '{print $7}' access.log | sort | uniq -c |sort -nr | head -n10 > test.txt
【6】shell分析nginx日志
178.255.215.86 - - [04/Jul/2013:00:00:31 +0800] "GET /tag/316/PostgreSQL HTTP/1.1" 200 4779 "-" "Mozilla/5.0 (compatible; Exabot/3.0 (BiggerBetter); +http://www.exabot.com/go/robot)" "-"- 178.255.215.86 - - [04/Jul/2013:00:00:34 +0800] "GET /tag/317/edit HTTP/1.1" 303 5 "-" "Mozilla/5.0 (compatible; Exabot/3.0 (BiggerBetter); +http://www.exabot.com/go/robot)" "-"- 103.29.134.200 - - [04/Jul/2013:00:00:34 +0800] "GET /code-snippet/2022/edit HTTP/1.0" 303 0 "-" "Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; rv:17.0) Gecko/17.0 Firefox/17.0" "-"- 103.29.134.200 - - [04/Jul/2013:00:00:35 +0800] "GET /user/login?url=http%3A//outofmemory.cn/code-snippet/2022/edit HTTP/1.0" 200 4748 "-" "Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; rv:17.0) Gecko/17.0 Firefox/17.0" "-"-
以下脚本都是基于上面日志格式的，如果你的日志格式不同需要调整awk后面的参数。
分析日志中的UserAgent
cat access_20130704.log | awk -F """ '{print $(NF-3)}' | sort | uniq -c | sort -nr | head -20
上面的脚本将分析出日志文件中最多的20个UserAgent
分析日志中那些IP访问最多
cat access_20130704.log | awk '{print $1}' | sort | uniq -c | sort -nr | head -20
分析日志中那些Url请求访问次数最多
cat access_20130704.log | awk -F """ '{print $(NF-5)}' | sort | uniq -c | sort -nr | head -20