Linux性能优化实践——如何学习Linux性能优化

性能指标

学习性能优化的第一步便是了解“性能指标”这个概念。
“高并发”和“响应快”对应着性能优化的两个核心指标——“吞吐”和“延时”。这两个指标是从应用负载的角度来考察性能的，直接影响了产品终端的用户体验。跟他们对应的，是从系统资源的视角出发的指标，比如资源使用率、饱和度等。

性能分析，其实就是找出应用或系统的瓶颈，并设法去避免或者缓解它们，从而更高效地利用系统资源处理更多请求。这包含下面一系列步骤：

1. 选择指标评估应用程序和系统的性能；
2. 为应用程序和系统设置性能目标；
3. 进行性能基准测试；
4. 性能分析定位瓶颈；
5. 优化系统和应用程序；
6. 性能监控和告警；

学习重点

建立整体系统性能的全局观。
布伦丹·格雷格（Brendan Gregg）的Linux性能工具图谱如下，

需要注意工具的选用，先理解原理，再结合具体场景，融会贯通系统的不同组件，灵活运用，

学习Linux性能优化分为下面几个部分：

1. CPU
   1.1 进程和CPU原理
   1.2 性能指标（平均负载、CPU使用率、上下文切换、CPU缓存命中率）
   1.3 性能剖析（top/ps、vmstat、mpstat、sar、pidstat、strace、perf、execsnoop、proc文件系统）
   1.4 调优方法（CPU绑定、进程CPU资源限制、进程优先级调整、中断负载均衡、CPU缓存、NUMA优化）

2. 内存
   2.1 内存原理
   2.2 性能指标（系统内存使用量、进程内存使用量、缓存与缓冲区命中率、SWAP使用量）
   2.3 性能剖析（free、top、sar、vmstat、cachestat、cachetop、memleak、proc文件系统）
   2.4 调优方法（利用缓存与缓冲区、减少SWAP使用、减少动态内存分配、优化NUMA、限制进程内存资源、使用HugePage）

3. 网络
   3.1 网络原理
   3.2 性能指标（吞吐量、延迟、丢包、TCP重传）
   3.3 性能剖析（ethtool、sar、ping、netstat/ss、ifstat、ifconfig、tcpdump、wireshark、iptables、traceroute、ipcontrack、perf）
   3.4 调优方法（网卡调优、协议调优、资源控制、内核调优）

4. 磁盘IO
   4.1 磁盘原理
   4.2 性能指标（使用率、IOPS、吞吐量、IOWAIT）
   4.3 性能剖析（dstat、sar、iostat、pidstat、iotop、iolatency、blktrace、fio、perf）
   4.4 调优方法（系统条用、I/O资源控制、充分利用缓存、RAID、I/O隔离）

5. 文件系统
   5.1 文件系统原理
   5.2 性能指标（容量、IOPS、缓存命中率）
   5.3 性能剖析（df、strace、vmstat、sar、perf、proc文件系统）
   5.4 调优方法（文件系统选型、利用文件系统缓存、I/O隔离）

6. Linux内核
   6.1 内核原理
   6.2 性能剖析（BPF、perf、proc文件系统）
   6.3 调优方法（内核选项）

7. 应用程序
   7.1 文件系统原理
   7.2 性能指标（吞吐量、响应时间、资源使用率）
   7.3 性能剖析（USE方法、进程剖析、APM）
   7.4 调优方法（逻辑简化、编程语言、算法调优、非阻塞I/O、利用缓存与缓冲区、异步处理与并发、垃圾回收）

8. 架构设计
   8.1 空间换时间（缓存、缓冲区、冗余数据）
   8.2 时间换空间（压缩编码、页面交换）
   8.3 并行处理（多线程、多进程、分布式）
   8.4 异步处理（异步I/O、消息队列、事件通知）

9. 性能监控
   9.1 时间序列分析（历史趋势分析、性能模型构建、未来趋势预测）
   9.2 服务调用追踪（服务调用流程跟踪、服务调用性能分析、服务调用链拓扑展示）
   9.3 数据可视化（趋势图、散点图、热图、饼图）
   9.4 告警通知（阈值选择、报警策略、通知渠道）
   10.性能测试
   10.1 明确需求（系统资源需求、应用程序需求）
   10.2 环境假设（合理的假设、生产环境模拟、生产负载模拟）
   10.3 性能测试（基准测试、负载测试、压力测试）
   10.4 结果分析（应用程序瓶颈、数据库瓶颈、系统资源瓶颈）

关键点

边学边实践