Linux服务器性能评估与优化

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一、影响Linux服务器性能的因素

1. 操作系统级

• CPU
• 内存
• 磁盘I/O带宽
• 网络I/O带宽

2.        程序应用级

二、系统性能评估标准

 

影响性能因素	评判标准
	好	坏	糟糕
CPU	user% + sys%< 70%	user% + sys%= 85%	user% + sys% >=90%
内存	Swap In（si）＝0 Swap Out（so）＝0	Per CPU with 10 page/s	More Swap In & Swap Out
磁盘	iowait % < 20%	iowait % =35%	iowait % >= 50%

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。

 

三、系统性能分析工具

1.常用系统命令 

Vmstat、sar、iostat、netstat、free、ps、top等

2.常用组合方式 

•           用vmstat、sar、iostat检测是否是CPU瓶颈

•           用free、vmstat检测是否是内存瓶颈

•           用iostat检测是否是磁盘I/O瓶颈

•           用netstat检测是否是网络带宽瓶颈

 

四、Linux性能评估与优化

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

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

l        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。

l        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

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。

 

问题

1.你是否遇到过系统CPU整体利用率不高，而应用缓慢的现象？

       在一个多CPU的系统中，如果程序使用了单线程，会出现这么一个现象，CPU的整体使用率不高，但是系统应用却响应缓慢，这可能是由于程序使用单线程的原因，单线程只使用一个CPU，导致这个CPU占用率为100%，无法处理其它请求，而其它的CPU却闲置，这就导致了整体CPU使用率不高，而应用缓慢现象的发生。

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

                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

l        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。

l        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

• 熟悉RAID存储方式，可以根据应用的不同，选择不同的RAID方式。
• 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。
• 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。
• 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：

• 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。
• 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。
• 避免了操作系统的cache预读功能，减少了I/O请求。

使用裸设备的缺点是：

• 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

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。

• 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。
• 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

 

五、Oracle在Linux下的性能优化

Oracle数据库内存参数的优化

• 与oracle相关的系统内核参数
• SGA、PGA参数设置

 

Oracle下磁盘存储性能优化

• 文件系统的选择（ext2/ext3、xfs、ocfs2）
• Oracle  ASM存储

 1.优化oracle性能参数之前要了解的情况

1）物理内存有多大

2）操作系统估计要使用多大内存

3）数据库是使用文件系统还是裸设备

4）有多少并发连接

5）应用是OLTP类型还是OLAP类型

 

2.oracle数据库内存参数的优化

（1）系统内核参数

修改 /etc/sysctl.conf 这个文件，加入以下的语句：

kernel.shmmax = 2147483648

kernel.shmmni = 4096

kernel.shmall = 2097152

kernel.sem = 250 32000 100 128

fs.file-max = 65536

net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65000

参数依次为：

Kernel.shmmax:共享内存段的最大尺寸（以字节为单位）。

Kernel.shmmni：系统中共享内存段的最大数量。

Kernel.shmall：共享内存总量，以页为单位。

fs.file-max：文件句柄数，表示在Linux系统中可以打开的文件数量。

net.ipv4.ip_local_port_range：应用程序可使用的IPv4端口范围。

 

需要注意的几个问题

关于Kernel.shmmax

     Oracle SGA 由共享内存组成，如果错误设置 SHMMAX可能会限制SGA 的大小，SHMMAX设置不足可能会导致以下问题：ORA-27123:unable to attach to shared memory segment，如果该参数设置小于Oracle SGA设置，那么SGA就会被分配多个共享内存段。这在繁忙的系统中可能成为性能负担，带来系统问题。

     Oracle建议Kernel.shmmax最好大于sga，以让oracle共享内存区SGA在一个共享内存段中，从而提高性能。

关于Kernel.shmall

     表示系统共享内存总大小，以页为单位。

     一个32位的Linux系统，8G的内存，可以设置kernel.shmall = 2097152，即为： 2097152*4k/1024/1024 = 8G就是说可用共享内存一共8G，这里的4K是32位操作系统一页的大小，即4096字节。

关于Kernel.shmmni

     表示系统中共享内存段的最大数量。系统默认是4096，一般无需修改，在SUN OS下还有Kernel.shmmin参数，表示共享内存段最小尺寸，勿要混肴！
（2）SGA、PAG参数的设置

 

A Oracle在内存管理方面的改进

     Oracle 9i通过参数PGA_AGGREGATE_TARGET参数实现PGA自动管理  Oracle 10g通过参数SGA_TARGET参数实现了SGA的自动管理，

     Oracle 11g实现了数据库所有内存块的全自动化管理，使得动态管理SGA和PGA成为现实。

 

自动内存管理的两个参数：

     MEMORY_TARGET：表示整个ORACLE实例所能使用的内存大小，包括PGA和SGA的整体大小，即这个参数是动态的，可以动态控制SGA和PGA的大小。

     MEMORY_MAX_TARGET：这个参数定义了MEMORY_TARGET最大可以达到而不用重启实例的值，如果没有设置MEMORY_MAX_TARGET值，默认等于MEMORY_TARGET的值。

     使用动态内存管理时，SGA_TARGET和PGA_AGGREGATE_TARGET代表它们各自内存区域的最小设置，要让Oracle完全控制内存管理，这两个参数应该设置为0。

B Oracle五种内存管理方式

• 自动内存管理,即AMM (Automatic Memory Management）
• 自动共享内存管理，即ASMM（Automatic Shared Memory Management）
• 手动共享内存管理
• 自动PGA管理
• 手动PGA管理

 

自动内存管理（AMM）

默认安装oracle11g的实例就是AMM方式。通过如下查看：

示例如下：

SQL> show parameters target
NAME                                       TYPE                  VALUE
———— ———————      ——————    ———————- archive_lag_target                     integer                      0
db_flashback_retention_target   integer                    1860
fast_start_io_target                    integer                      0
fast_start_mttr_target                 integer                      0
memory_max_target                  big integer              1400M
memory_target                          big integer              1400M
pga_aggregate_target                big integer                0
sga_target                                  big integer                0

注意：如果初始化参数 LOCK_SGA ＝ true ，则 AMM 是不可用的。

自动共享内存管理

自动共享内存管理是oracle10g引进的，如果要使用自动共享内存管理，只需设置MEMORY_TARGET=0，然后显式指定SGA_TARGET即可。

示例如下：

SQL> alter system set memory_target=0 scope=both;
System altered.
SQL> alter system set sga_target=1024m scope=both;
System altered.
SQL>

 

手工共享内存管理

Oracle9i以及以前版本，只能手工设置共享内存管理，如果要使用手动共享内存管理，首先需要设置SGA_TARGET 与MEMORY_TARGET为0。

SGA包含主要参数有：

share_pool_size：共享池大小，建议300-500M之间。

Log_buffer：日志缓冲区大小，建议1-3M之间。

Large_pool_size：大缓冲池大小，非MTS系统，建议在20-30M之间。

Java_pool_size：java池大小，没有java应用时，建议10-20M之间。

db_cache_size：数据缓冲区大小，根据可使用内存大小，尽可能大。

 

自动PAG管理

Oracle9i版本引入了自动PGA管理，如果使用的是AMM管理方式，则无需担心PGA的配置，但是如果对对AMM管理不放心的话，可以设置自动PGA管理，设置

     WORKAREA_SIZE_POLICY ＝ AUTO

然后指定PGA_AGGREGATE_TARGET大小即可。，

 

手工PAG管理

 

如果要做到精确的控制PGA，还可以设置手动管理PGA，设置

WORKAREA_SIZE_POLICY = manual

然后分别指定PGA相关参数即可：

PGA相关参数有：

SORT_AREA_SIZE

SORT_AREA_RETAINED_SIZE，

3.Oracle下磁盘存储性能优化

①      选择文件系统存取数据

文件系统的选择

     单一文件系统（ext2、ext3、xfs等）

     集群文件系统（gfs、ocfs2）

文件系统存储优缺点：

     优点：管理维护方便。

     缺点：数据读写要经过操作系统级的缓存，效率不是很高。

②      ASM（Automatic Storage Management）

ASM优点：

     数据可直接读写，无需经过操作系统存取效率很高，读写效率与直接的原始设备基本相同。

     Oracle提供了专门的管理和维护工具