操作系统知识地图-性能优化篇（上）

（一）常见的性能指标及USE分类法

1.CPU 性能指标

• 1.1 CPU 使用率
  • 用户 CPU
  • 系统 CPU
  • IOWAIT
  • 软中断
  • 硬中断
  • 窃取 CPU
  • 客户 CPU
• 1.2 上下文切换
  • 自愿上下文切换
  • 非自愿上下文切换（CPU抢占）
• 1.3 平均负载
• 1.4 CPU 缓存命中率

2.内存性能指标

• 2.1 系统内存指标

  • 已用内存

  • 剩余内存

  • 可用内存

  • 缺页异常

    主缺页异常
    次缺页异常 
    

  • 缓存 / 缓冲区

    使用率
    命中率
    

  • Slabs

• 2.2 进程内存指标

  • 虚拟内存（VSS）

  • 常驻内存（RSS）

  • 按比例分配共享内存后的物理内存（PSS）

  • 独占内存（USS）

  • 共享内存

  • SWAP 内存

  • 缺页异常

    主缺页异常
    次缺页异常 
    

• 2.3 SWAP

  • 已用空间
  • 剩余空间
  • 换入速度
  • 换出速度

3. IO性能指标

• 3.1 文件系统

  • 存储空间容量、使用量以及剩余空间

  • 索引节点容量、使用量以及剩余数量

  • 缓存

    页缓存
    目录项缓存
    索引节点缓存
    具体文件系统的缓存（如 ext4 的缓存）
    

  • IOPS（文件 I/O）

  • 响应时间（延迟）

  • 吞吐量（B/s）

• 3.2 磁盘

  • 使用率

  • IOPS

  • 吞吐量（B/s）

  • 响应时间（延迟）

  • 缓冲区

  • 相关因素

    读写类型（如顺序还是随机）
    读写比例
    读写大小
    存储类型（如 RAID 级别，本地还是网络）
    

4.网络性能指标

• 4.1 应用层
  • QPS（每秒请求数）
  • 套接字缓冲区大小
  • DNS 解析路径
  • 响应时间
  • 错误数
• 4.2 传输层

  • TCP 连接数

    全连接
    半连接
    TIMEWAIT
    

  • 连接更总数

  • 重传数

  • 跟踪数

  • 丢包数

  • 延迟

• 4.3 网络层
  • 丢包数
  • TTL
  • 拆包
• 4.4 链路层
  • PPS（每秒网络帧数）
  • BPS（Byte/s）
  • 丢包数
  • 错误数

5.常见指标分类（USE法）

USE分类: 使用率、饱和度、错误数

资源	类型	性能指标
CPU	使用率	CPU 使用率
CPU	饱和度	运行队列长度或平均负载
CPU	错误数	硬件 CPU 错误数
内存	使用率	已用内存百分比或 SWAP 用量百分比
内存	饱和度	内存换页量
内存	错误数	内存分配失败或 OOM
存储设备 I/O	使用率	设备 I/O 时间百分比
存储设备 I/O	饱和度	等待队列长度或延迟
存储设备 I/O	错误数	I/O 错误数
文件系统	使用率	已用容量百分比
文件系统	饱和度	已用容量百分比
文件系统	错误数	文件读写错误数
网络	使用率	带宽使用率
网络	饱和度	重传报文数
网络	错误数	网络收发错误数、丢包数
文件描述符	使用率	已用文件描述符数百分比
连接跟踪	使用率	已用连接跟踪数百分比
连接数	饱和度	TIMEWAIT 状态连接数

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（二）常见性能工具

CPU 性能工具

性能指标	性能工具	说明
平均负载	uptime、top、/proc/loadavg	uptime 最简单；top 提供了更全面的指标；/proc/loadavg 常用于监控系统
系统 CPU 使用率	vmstat、mpstat、top、sar、/proc/stat	top、vmstat、mpstat 只可以动态查看，而 sar 还可以记录历史数据；/proc/stat 是其他性能工具的来源，也常用于监控
进程 CPU 使用率	top、ps、pidstat、htop、atop	top 和 ps 可以按 CPU 使用率给进程排序，而 pidstat 只显示实际用了 CPU 的进程；htop 和 atop 以不同颜色显示更为直观
系统上下文切换	vmstat	除了上下文切换的次数，还提供运行状态和不可中断状态进程的数量
进程上下文切换	pidstat	注意加上 -w 选项
软中断	top、mpstat、/proc/softirqs	top 提供软中断 CPU 使用率，而 /proc/softirqs 和 mpstat 提供了各种软中断在每个 CPU 上的运行次数
硬中断	vmstat、/proc/interrupts	vmstat 提供总的中断次数、而 /proc/interrupts 提供各种中断在每个 CPU 上运行的累积次数
网络	dstat、sar、tcpdump	dstat、sar 提供总的网络接收和发送情况，而 tcpdump 则是动态抓取正在进行的网络通讯
I/O	dstat、sar	dstat 和 sar 都提供了 I/O 的整体情况
CPU 缓存	perf	使用 perf stat 子命令
CPU 数	lscpu、/proc/cpuinfo	lscpu 更直观
事件剖析	perf、火焰图、execsnoop	perf 和火焰图用来分析热点函数以及调用栈，execsnoop 用来监测短时进程
动态追踪	ftrace、bcc、systemtap	ftrace 用于跟踪内核函数调用栈，而 bcc 和 systemtap 则用于跟踪内核或应用程序的执行过程（注意 bcc 要求内核版本 >= 4.1）

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