Linux问题分析与性能优化

概述

一个基于 Linux 操作系统的服务器运行的同时，也会表征出各种各样参数信息。通常来说运维人员、系统管理员会对这些数据会极为敏感，但是这些参数对于开发者来说也十分重要，尤其当你的程序非正常工作的时候，这些蛛丝马迹往往会帮助快速定位跟踪问题。这里只是一些简单的工具查看系统的相关参数，当然很多工具也是通过分析加工 /proc、/sys 下的数据来工作的，而那些更加细致、专业的性能监测和调优，可能还需要更加专业的工具(perf、systemtap 等)和技术才能完成哦。毕竟来说，系统性能监控本身就是个大学问。Linux 内核的各个子系统出发，汇总了对各个子系统进行性能分析时，你可以选择的工具。不过，虽然这个图是性能分析最好的参考资料之一，它其实还不够具体。比如，当你需要查看某个性能指标时，这张图里对应的子系统部分，可能有多个性能工具可供选择。但实际上，并非所有这些工具都适用，具体要用哪个，还需要你去查找每个工具的手册，对比分析做出选择。

形成认识框架认识框架（也就是知识大纲）非常重要，宏观上有了理解之后：1）才能有的放矢的深入细节，并能将繁杂多样的细节串联起来；2）在遇到问题的时候，才有能够正确的思考，有头绪、有方法、有步骤的调查问题、解决问题。下面这张图是最宏观的图片，从上往下是“应用->库->系统调用->内核->设备”，如果发现一个应用的性能特别不理想，可以按照这个顺序查找问题所在，即先查应用、再查依赖库、然后查系统、最后查硬件。

排查顺序

整体情况：

1. top/htop/atop命令查看进程/线程、CPU、内存使用情况，CPU使用情况；
2. dstat 2查看CPU、磁盘IO、网络IO、换页、中断、切换，系统I/O状态;
3. vmstat 2查看内存使用情况，内存状态；
4. iostat -d -x 2查看所有磁盘的IO情况，系统I/O状态；
5. iotop查看IO靠前的进程，系统的I/O状态；
6. perf top查看占用CPU最多的函数，CPU使用情况；
7. perf record -ag -- sleep 15;perf report查看CPU事件占比，CPU使用情况；
8. sar -n DEV 2查看网卡的吞吐，网卡状态；
9. /usr/share/bcc/tools/filetop -C查看每个文件的读写情况，系统的I/O状态；
10. /usr/share/bcc/tools/opensnoop显示正在被打开的文件，系统的I/O状态；
11. mpstat -P ALL 1单核CPU是否被打爆；
12. ps aux --sort=-%cpu 按CPU使用率排序，找出CPU消耗最多进程；
13. ps -eo pid,comm,rss | awk '{m=$3/1e6;s["*"]+=m;s[$2]+=m} END{for (n in s) printf"%10.3f GB %s\n",s[n],n}' | sort -nr | head -20 统计前20内存占用；
14. awk 'NF>3{s["*"]+=s[$1]=$3*$4/1e6} END{for (n in s) printf"%10.1f MB %s\n",s[n],n}' /proc/slabinfo | sort -nr | head -20 统计内核前20slab的占用；

进程分析，进程占用的资源：

1. pidstat 2 -p 进程号查看可疑进程CPU使用率变化情况；
2. pidstat -w -p 进程号 2查看可疑进程的上下文切换情况；
3. pidstat -d -p 进程号 2查看可疑进程的IO情况；
4. lsof -p 进程号查看进程打开的文件；
5. strace -f -T -tt -p 进程号显示进程发起的系统调用；

协议栈分析，连接/协议栈状态：

1. netstat -nat|awk '{print awk $NF}'|sort|uniq -c|sort -n查看连接状态分布；
2. ss -ntp或者netstat -ntp查看连接队列；
3. netstat -nat|awk '{print awk $NF}'|sort|uniq -c|sort -n查看连接状态分布；
4. ss -ntp或者netstat -ntp查看连接队列；
5. netstat -s 查看协议栈情况；
   
   

方法论

RED方法：监控服务的请求数（Rate）、错误数（Errors）、响应时间（Duration）。Weave Cloud在监控微服务性能时提出的思路。

USE方法：监控系统资源的使用率（Utilization）、饱和度（Saturation）、错误数（Errors）。

性能分析工具

CPU分析思路

内存分析思路

IO分析思路

网络分析思路

基准测试工具

参考

相当一部分内容来自极客时间出品的倪鹏飞专栏《Linux性能优化》，是这个专栏的学习笔记。

另一份资料是IBM红宝书Linux性能调优指南。

此外，The Linux Documentation Project是一个非常好的资料库。

将硬件中断的处理任务分配个多个CPU：SMP affinity and proper interrupt handling in Linux

Hidden Costs of Memory Allocation

https://www.lijiaocn.com/soft/linux/