性能调优案例

1. 性能分析案例
   1. 程序分析案例

1. 用jconse做监控，发现内存持续的不释放，波谷或者波峰呈现持续上升的趋势，并且监控tomcat日志的时候发现有outofmemory:java  heap space的错误日志，就用jmap区定位这个问题，找到了在JVM内存堆中占用最大的一个类。然后和开发沟通后，对这个方法进行修改后，再次用jconse进行监控，发现内存增长，回收波动变得比较有规律。
2. 用JDK自带的jconse做监控，发现JVM线上机器经常出现卡顿现象，JVM在一个小时内会出现一次FULL GC，怀疑是线上JVM老年代，伊甸园区设置不合理，然后看了下配置文件，并把老年代调小，新生代适当的调大。因为一般对象都是在新生代进行频繁的创建。这样设置后尽量让对象在年轻带进行回收，尽量进行YOUNG gc,减少FULL GC次数，调整后，发现FULL GC时间间隔明显增长。对用户的感知影响也变小。
   1. 中间件分析案例

   用lr做300用户的并发，在control里面看到有大量的502,503错误，这时候去查看负载机的网络情况正常，cpu,内存等各项指标均正常，查看数据库连接数也都正常，并且应用服务和数据库服务中均没有错误日志抛出。初步判断这种情况应该是tomcat没有接收到这些并发产生的请求，直接将请求摒弃，所以怀疑是不是进程，线程数设置不合理。于是开始查看tomcat配置文件中的进程，线程数，并尝试将配置文件中的线程数调大，然后再加压时，发现仍有大量的502,203错误，但是比以前稍微少点。那我想是不是进程数太小了，服务器来不及创建进程，就直接把请求摒弃掉了。于是就试着去调初始的进程数，将进程数调大后，再去加压，发现OK，不再出现502,503错误，问题得到解决。

1. 1. 数据库分析案例

      测试过程中发现数据库服务器的CPU占用经常达到100，于是用show processlist查看mysql的行为。发现大部分的sql都处于睡眠连接状态，严重消耗mysql服务器的资源。并可能导致mysql的崩溃。于是修改了数据库配置文件，将wait_timeout（睡眠连接超时时间，如果连接超时，会被mysql自然终止）值适当的调小（由原来的28800改为600s）。再观察数据库服务器CPU稍微降低到90左右，但是还是会很高。那就再用show processlist 查看mysql行为。发现出现比较频繁的两个sql语句为一个左连接查询，然后再分别查看了下这个sql语句涉及到的三个表的结构，又发现其中有两个表只是建了主键，并没有添加索引，然后分别给这两个表添加索引，并调整了sql语句由左连接改为普通sql查询。再反复的查看数据库的行为，又发现了两个表存在同样的问题，于是都改为走索引，然后再观察数据库服务器CPU，cpu立刻降了下来，一直在50%~70%之间。

1. 1. 综合分析案例

案例一：动态内容为主的网站。

• 网站运行环境说明
  • 1台IBMx3850服务器, 单颗双核Xeon 3.0G CPU，2G内存，3块72G SCSI磁盘
  • 操作系统 CentOS 5.4
  • 应用基于LAMP架构，所有服务都在一台服务器上
• 性能问题现象以及处理措施
  • 表现：早晨和下午访问高峰时，服务器频繁宕机，重启后的一段时间内能正常服务，过一会以后又变的响应缓慢，然后又宕机。
  • 检查：发现宕机前系统负载高，内存基本耗尽，Apache httpd.conf 配置最大用户数为2000，并且开启了KeepAlive
  • 处理：修改 httpd.conf 配置文件，降到最大 1500个用户数，仍然频繁宕机，又降到 1024个用户数，系统不宕机了，但是负载很高，站点访问极慢

• 初次优化

   既然是系统资源耗尽导致的网站服务失去响应，那么深入分析系统资源使用情况，通过uptime、vmstat、top、ps等命令联合使用 

• • 结论：通过uptime命令查看到系统load average值都是在10以上，CPU资源时常耗尽，这是造成响应缓慢或者长时间没有响应的主要原因，而导致系统资源消耗过道主要是用户进程消耗资源严重。
  • 原因：通过top命令发现apache每个子进程消耗8M内存，正常是1M左右，观察apache日志，发现网站首页访问频率最高，网站首页是个PHP程序，图片很多，每次用户访问都要多次查询数据库，查询数据非常耗CPU，首页代码也没有用缓存机制，导致每个用户都要重新信息数据库查询操作，导致CPU资源耗尽
  • 处理：改写网站首页、减少图片量，对部分频繁访问的程序增加cache机制，减少数据库访问。
• 第二次优化

    一段时间后，系统又开始不稳定，访问高峰时站点无法正常访问

• • 分析系统资源使用状况，发现这次是系统内存资源消耗过大，并且有I/O问题。
  • 原因：内存消耗过大，肯上是用户访问进程太多导致，上次优化前发现每个apache子进程消耗在8M，如果设置apache最大用户数为1024，内存耗尽是比如的，当物理内存耗尽，虚拟内存就会使用，频繁使用虚拟内存，肯定会造成I/O等待问题
  • 处理：优化代码，使每个apache子进程占用的内存保持在1-2M左右，把Apache配置中的 KeepAlive 特性关闭，把apache最大用户数调成600，这样apache进程数大量减少，基本保持在500个左右，虽然还是会使用交换内存，但是服务正常了。
• 第三次优化

    一段时间后，系统又开始不稳定，访问高峰时站点无法正常访问

• • 分析发现还是CPU资源耗尽导致的原因。
  • 原因：程序频繁访问数据库，大量的SQL语句中有 where, order by 等子句，且大部分都是复制查询，需要便利全表，而大量的表没有建索引，导致MySQL数据库负荷过高，消耗CPU资源过高。
  • 处理：优化程序中的SQL语句，where和order by子句上的字段建索引，程序增加Cache机制， 
  • 这样服务基本处于正常状态，再也没有出现宕机现象 
• 网站结构的优化

第3次优化后，网站在程序代码、操作系统、apache等方面优化的空间越来越小，为了避免以后出现服务器宕机问题，可以从网站结构进行优化 

• • 增加了一台专用数据库服务器，使应用于数据库分离
  • 若单台数据库服务器仍然不满足性能要求，可以继续增加一条数据库服务器，将数据库进行读写分离（主库负责写，从库负责读），采用主从同步保证数据的一致性，并且采用冗余切换进行灾备 
  • 如果随着访问量的增加，前端应用无法满足性能要求，可以增加多台web服务器，web服务器之间进行负载均衡部署，解决前端性能瓶颈

案例二：动态,静态内核结合的网站。

• 该网站系统结构说明
  • 硬件环境：两台IBMx385服务器, 单个双核Xeon 3.0G CPU，4G内存，3块73G SCSI磁盘
  • 操作系统 ：CentOS 5.4
  • 网站架构：web应用基于I2EE架构的电子商务应用，web端应用服务器是tomcat，采用mysql数据库，web和数据库独立部署在两台服务器上 
• 性能问题现象以及处理措施
  • 表现：访问高峰，网页无法打开，重启java服务后，网站可以正常运行一段时间，过一会后又变得响应缓慢，最后无法打开网页
  • 检查：java进程占用99%的CPU，内存占用不大，tomcat为默认配置 
  • 处理：修改 tomcat配置参数，增大最大线程数、超时时间，修改后服务器宕机间隔增长，但是java进行仍然占用大量CPU

• 初次优化

   通过netstat、lsof命令发现有大量的java请求等待信息，查看tomcat日志，发现大量错误信息，错误信息提示数据库连接超时，同时访问网站静态资源也无法访问 

• • 结论：tomcat本身是一个java容器，主要用于处理jsp、servlet动态应用，当时处理静态资源效率很低。主要原因是tomcat无法及时响应客户端的请求，从而导致请求队列积压，导致tomcat彻底崩溃
  • 原因：通过top命令发现apache每个子进程消耗8M内存，正常是1M左右，观察apache日志，发现网站首页访问频率最高，网站首页是个PHP程序，图片很多，每次用户访问都要多次查询数据库，查询数据非常耗CPU，首页代码也没有用缓存机制，导致每个用户都要重新信息数据库查询操作，导致CPU资源耗尽
  • 处理：引入apache，由apache处理静态资源，tomcat处理动态请求，apache与tomcat之间用Mod_JK模块进行通信，这样大幅度提高tomcat应用性能
• 第2次优化

   经过前面的优化后，在高并发时候，java进程有时还会出现资源上升无法下降的情况 

• • 处理：进行tomcat负载均衡，前端由apache负载用户请求的调度，后面多个tomcat进行动态的应用解析操作，通过负载均衡，网站性能得到质的提升

案例三：动态内容+cache为主的网站。

• 该网站系统结构说明
  • 多台Web前端服务器, 配置都为双核Xeon 3.0G CPU，4G内存，3块73G SCSI磁盘
  • 操作系统 CentOS 5.3
  • 多台MySQL数据库服务器
  • 基于PHP开发的应用 
• 该应用的特点
  • 大量内容基于数据库，需要频繁访问数据库，并且数据更新很快
  • 采用页面cache机制缓解数据库压力，但页面cache只有5分钟有效期，需要频繁生成新的cache
  • Cache以文件形式存在磁盘上，都是小文件，最小不到1k，最大不超过128k
• 问题描述
  • 访问高峰期时Web前端负载比较高，时常超过10
  • 访问高峰期时Web前端响应很慢
• 性能分析
  • 负载比较高，时常会超过10，CPU Idel经常会小于30%，有时Idel为0，CPU io wait 很大，经常超过30%，磁盘读每秒不超过100k，磁盘写每秒1.5M左右，磁盘tps超过100
  • 访问高峰期时内存也有部分空闲，用于buffer和cache的内存基本占总内存60%以上，没有使用交换内存
• 原因分析
  • 分析该应用的特点后发现，访问高峰期时，要频繁生成新的cache文件，或者更新以及过期的cache文件，cache文件目录为256x256的哈希结构，因此读写文件时磁盘随机寻址非常频繁
  • 该应用磁盘写远大于磁盘读的原因是系统cache命中率高，大量文件读过一次就cache住了，因此读的开销很小
  • 写磁盘的量并不算很大，平均每秒1.5M，但都是随机写，因此写磁盘速度会稍微慢，也因此会消耗大量CPU时间
  • 对比访问高峰期和访问量小时候的系统状态，磁盘写的tps提高了1倍以上，CPU io wait提高了3倍以上，因此认为主要性能瓶颈在磁盘写上
• 优化办法
  • 减少磁盘写的次数，cache文件先写在内存中，超过一定访问次数时才写回磁盘，但由于要修改应用程序，因此执行难度大
  • 减少磁盘随机写的次数，前端不使用255x255的哈希目录，而是把多个cache文件写在一个大的cache文件中，并且只作追加写，这样就能把随机写变成了顺序写，cache过期后，整个大的cache文件可以一次删除。但由于要修改应用，因此执行难度大
  • 上面2个办法结合使用，听上去性能会更好，但是执行难度更大
• 优化办法
  • 使用tmpfs作cache磁盘(ramdisk也可以)，这样写都在访问内存，没有磁盘IO消耗，缺点是cache的空间不会很大，不能超过2G(该服务器是4G内存)，但是不用修改应用程序，执行容易：
    • Mount –bind /dev/shm /var/www/cache
    • 写一个清cache的脚本程序，配置在cron中，30分钟执行一次，检查/dev/shm的使用率超过70%时，使用find命令找出太旧的cache文件删除掉

    最终采用了这个办法，高峰期系统负载小于5