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60 秒で Linux のパフォーマンスを最適化して向上させる方法は? 2%の人しか知らない
- WBOY転載
- 2024-02-09 23:48:131032ブラウズ
Linux サーバーでシステム パフォーマンスの問題を見つけた場合、最初の 1 分間にどのシステム インジケーターを確認しますか?
Netflix は、AWS 上に大規模な EC2 クラスターのほか、さまざまなパフォーマンス分析および監視ツールを備えています。たとえば、Atlas を使用してプラットフォーム全体を監視し、Vector を使用して EC2 インスタンスのパフォーマンスをリアルタイムで分析します。これらのツールはすでにほとんどの問題の解決に役立ちますが、問題を特定するためにマシンにログインし、標準の Linux パフォーマンス分析ツールを使用する必要がある場合もあります。
この記事では、Netflix パフォーマンス エンジニアリング チームが、問題を発見してから最初の 60 秒以内に問題を分析して特定するために使用する標準 Linux コマンド ライン ツールのいくつかを紹介します。
この 60 秒の間に、次の 10 個のコマンド ラインを使用して、システムの全体的な動作と現在実行中のプロセスのリソース使用量を理解できます。
これらの指標のうち、まずエラーとリソースの飽和率に関連する指標に焦点を当て、次にリソースの使用状況を調べます。エラーとリソースの飽和率は比較的簡単に理解できます。飽和とは、リソース（CPU、メモリ、ディスクなど）の処理能力を超えた負荷がかかることで、リクエストキューが溜まり始めたり、リクエストの待ち時間が長くなったりすることが観察されます。
リーリー一部のコマンド ラインは sysstat パッケージに依存します。これらのコマンド ラインを使用すると、システム パフォーマンスの問題を分析するときに一般的に使用される一連の方法またはプロセスに慣れることができます。この手法では、主にすべてのリソース (CPU、メモリ、ディスクなど) を、リソースの使用状況 (Utilization)、リソースの飽和状態 (Satulation)、エラー (Error) の 3 つの側面から分析します。
この分析のプロセスでは、ポジショニングの範囲を絞り込み、次のポジショニングのためのより明確な方向性を提供するために、排除したリソースの問題にも常に注意を払う必要があります。
次の章では、各コマンド ラインについて説明し、実稼働環境のデータを例として使用します。これらのコマンド ラインの詳細については、対応するヘルプ ドキュメントを参照してください。
1.稼働時間
リーリーこのコマンドは、システムの負荷平均をすばやく確認できます。この負荷値は、実行を待機しているタスクの数を示すものと考えることができます。 Linux システムでは、これには、CPU を使用するタスク、または CPU を使用しているタスク、および io でブロックされているタスクが含まれます。このコマンドを使用すると、システムのグローバル ステータスを大まかに把握できますが、さらに詳しい情報を取得するには他のツールを使用する必要があります。
これら 3 つの値は、システムによって 1 分、5 分、15 分間に計算された指数加重動的平均であり、単純にこの期間内の平均値と考えることができます。これら 3 つの値に基づいて、システム負荷が時間の経過とともにどのように変化するかを理解できます。たとえば、現在システムに問題があり、これら 3 つの値を確認して、1 分の負荷値が 15 分の負荷値よりもはるかに小さいことがわかった場合、おそらく、次の時点を逃していることになります。システムの問題。
上記の例では、平均負荷値は 1 分間に 30 を示しており、15 分間の 19 を超えています。負荷の増加にはさまざまな理由があり、CPU が十分に使用されていない可能性があります。vmstat または mpstat を使用すると、問題の場所をさらに確認できます。
2.dmesg | テール
リーリーこのコマンドは、最新のシステム ログを表示します。ここでは主に、パフォーマンスの問題を引き起こす可能性のあるシステム エラーがあるかどうかを確認します。上記の例には、oom-killer と TCP パケット損失が含まれています。
このステップをスキップしないでください! dmesg は常に確認する価値があります。
3.vmstat 1
リーリーvmstat は、仮想メモリと CPU のいくつかの状態を示します。上記の例では、コマンドラインの 1 は 1 秒ごとに表示することを意味します。このバージョンの vmstat では、最初の行はこの起動以降のさまざまなインジケーターを表します。最初の行は一時的に無視できます。
チェックすべき指標:
- r：处在 runnable 状态的任务，包括正在运行的任务和等待运行的任务。这个值比平均负载能更好地看出 CPU 是否饱和。这个值不包含等待 io 相关的任务。当 r 的值比当前 CPU 个数要大的时候，系统就处于饱和状态了。
- free：以 KB 计算的空闲内存大小。
- si，so：换入换出的内存页。如果这两个值非零，表示内存不够了。
- us，sy，id，wa，st：CPU 时间的各项指标（对所有 CPU 取均值），分别表示：用户态时间，内核态时间，空闲时间，等待 io，偷取时间（在虚拟化环境下系统在其它租户上的开销）
把用户态 CPU 时间（us）和内核态 CPU 时间（sy）加起来，我们可以进一步确认 CPU 是否繁忙。等待 IO 的时间（wa）高的话，表示磁盘是瓶颈；注意，这个也被包含在空闲时间里面(id)， CPU 这个时候也是空闲的，任务此时阻塞在磁盘 IO 上了。你可以把等待 IO 的时间(wa)看做另一种形式的 CPU 空闲，它可以告诉你 CPU 为什么是空闲的。
系统处理 IO 的时候，肯定是会消耗内核态时间(sy)的。如果内核态时间较多的话，比如超过 20%，我们需要进一步分析，也许内核对 IO 的处理效率不高。
在上面这个例子里，CPU 时间大部分都消耗在了用户态，表明主要是应用层的代码在使用 CPU。CPU 利用率（us + sy）也超过了 90%，这不一定是一个问题;我们可以通过 r 和 CPU 个数确定 CPU 的饱和度。
4. mpstat -P ALL 1
$ mpstat -P ALL 1 Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx) 07/14/2015 _x86_64_ (32 CPU) 07:38:49 PM CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle 07:38:50 PM all 98.47 0.00 0.75 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.78 07:38:50 PM 0 96.04 0.00 2.97 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.99 07:38:50 PM 1 97.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.00 07:38:50 PM 2 98.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 07:38:50 PM 3 96.97 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.03 [...]
这个命令把每个 CPU 的时间都打印出来，可以看看 CPU 对任务的处理是否均匀。比如，如果某一单个 CPU 使用率很高的话，说明这是一个单线程应用。
5. pidstat 1
$ pidstat 1 Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx) 07/14/2015 _x86_64_ (32 CPU) 07:41:02 PM UID PID %usr %system %guest %CPU CPU Command 07:41:03 PM 0 9 0.00 0.94 0.00 0.94 1 rcuos/0 07:41:03 PM 0 4214 5.66 5.66 0.00 11.32 15 mesos-slave 07:41:03 PM 0 4354 0.94 0.94 0.00 1.89 8 java 07:41:03 PM 0 6521 1596.23 1.89 0.00 1598.11 27 java 07:41:03 PM 0 6564 1571.70 7.55 0.00 1579.25 28 java 07:41:03 PM 60004 60154 0.94 4.72 0.00 5.66 9 pidstat 07:41:03 PM UID PID %usr %system %guest %CPU CPU Command 07:41:04 PM 0 4214 6.00 2.00 0.00 8.00 15 mesos-slave 07:41:04 PM 0 6521 1590.00 1.00 0.00 1591.00 27 java 07:41:04 PM 0 6564 1573.00 10.00 0.00 1583.00 28 java 07:41:04 PM 108 6718 1.00 0.00 0.00 1.00 0 snmp-pass 07:41:04 PM 60004 60154 1.00 4.00 0.00 5.00 9 pidstat ^C
pidstat 和 top 很像，不同的是它可以每隔一个间隔打印一次，而不是像 top 那样每次都清屏。这个命令可以方便地查看进程可能存在的行为模式，你也可以直接 copy past，可以方便地记录随着时间的变化，各个进程运行状况的变化。
上面的例子说明有 2 个 Java 进程消耗了大量 CPU。这里的 %CPU 表明的是对所有 CPU 的值，比如 1591% 标识这个 Java 进程几乎消耗了 16 个 CPU。
6. iostat -xz 1
$ iostat -xz 1 Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx) 07/14/2015 x86_64 (32 CPU) avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle 73.96 0.00 3.73 0.03 0.06 22.21 Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util xvda 0.00 0.23 0.21 0.18 4.52 2.08 34.37 0.00 9.98 13.80 5.42 2.44 0.09 xvdb 0.01 0.00 1.02 8.94 127.97 598.53 145.79 0.00 0.43 1.78 0.28 0.25 0.25 xvdc 0.01 0.00 1.02 8.86 127.79 595.94 146.50 0.00 0.45 1.82 0.30 0.27 0.26 dm-0 0.00 0.00 0.69 2.32 10.47 31.69 28.01 0.01 3.23 0.71 3.98 0.13 0.04 dm-1 0.00 0.00 0.00 0.94 0.01 3.78 8.00 0.33 345.84 0.04 346.81 0.01 0.00 dm-2 0.00 0.00 0.09 0.07 1.35 0.36 22.50 0.00 2.55 0.23
iostat 是理解块设备(磁盘)的当前负载和性能的重要工具。几个指标的含义：
- r/s，w/s，rkB/s，wkB/s：系统发往设备的每秒的读次数、每秒写次数、每秒读的数据量、每秒写的数据量。这几个指标反映的是系统的工作负载。系统的性能问题很有可能就是负载太大。
- await：系统发往 IO 设备的请求的平均响应时间。这包括请求排队的时间，以及请求处理的时间。超过经验值的平均响应时间表明设备处于饱和状态，或者设备有问题。
- avgqu-sz：设备请求队列的平均长度。队列长度大于 1 表示设备处于饱和状态。
- %util：设备利用率。设备繁忙的程度，表示每一秒之内，设备处理 IO 的时间占比。大于 60% 的利用率通常会导致性能问题(可以通过 await 看到)，但是每种设备也会有有所不同。接近 100% 的利用率表明磁盘处于饱和状态。
如果这个块设备是一个逻辑块设备，这个逻辑快设备后面有很多物理的磁盘的话，100% 利用率只能表明有些 IO 的处理时间达到了 100%;后端的物理磁盘可能远远没有达到饱和状态，可以处理更多的负载。
还有一点需要注意的是，较差的磁盘 IO 性能并不一定意味着应用程序会有问题。应用程序可以有许多方法执行异步 IO，而不会阻塞在 IO 上面;应用程序也可以使用诸如预读取，写缓冲等技术降低 IO 延迟对自身的影响。
7. free -m
$ free -m total used free shared buffers cached Mem: 245998 24545 221453 83 59 541 -/+ buffers/cache: 23944 222053 Swap:
右边的两列显式：
- buffers：用于块设备 I/O 的缓冲区缓存。
- cached：用于文件系统的页面缓存。
我们只是想要检查这些不接近零的大小，其可能会导致更高磁盘 I/O(使用 iostat 确认)，和更糟糕的性能。上面的例子看起来还不错，每一列均有很多 M 个大小。
比起第一行，-/+ buffers/cache 提供的内存使用量会更加准确些。Linux 会把暂时用不上的内存用作缓存，一旦应用需要的时候就立刻重新分配给它。所以部分被用作缓存的内存其实也算是空闲的内存。为了解释这一点， 甚至有人专门建了个网站：http://www.linuxatemyram.com/。
如果使用 ZFS 的话，可能会有点困惑。ZFS 有自己的文件系统缓存，在 free -m 里面看不到;系统看起来空闲内存不多了，但是有可能 ZFS 有很多的缓存可用。
8. sar -n DEV 1
$ sar -n DEV 1 Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx) 07/14/2015 _x86_64_ (32 CPU) 12:16:48 AM IFACE rxpck/s txpck/s rxkB/s txkB/s rxcmp/s txcmp/s rxmcst/s %ifutil 12:16:49 AM eth0 18763.00 5032.00 20686.42 478.30 0.00 0.00 0.00 0.00 12:16:49 AM lo 14.00 14.00 1.36 1.36 0.00 0.00 0.00 0.00 12:16:49 AM docker0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 12:16:49 AM IFACE rxpck/s txpck/s rxkB/s txkB/s rxcmp/s txcmp/s rxmcst/s %ifutil 12:16:50 AM eth0 19763.00 5101.00 21999.10 482.56 0.00 0.00 0.00 0.00 12:16:50 AM lo 20.00 20.00 3.25 3.25 0.00 0.00 0.00 0.00 12:16:50 AM docker0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ^C
这个工具可以查看网络接口的吞吐量：rxkB/s 和 txkB/s 可以测量负载，也可以看是否达到网络流量限制了。在上面的例子里，eth0 的吞吐量达到了大约 22 Mbytes/s，差不多 176 Mbits/sec ，比 1 Gbit/sec 还要少很多。
这个例子里也有 %ifutil 标识设备利用率，我们也用 Brenan 的 nicstat tool 测量。和 nicstat 一样，这个设备利用率很难测量正确，上面的例子里好像这个值还有点问题。
9. sar -n TCP,ETCP 1
$ sar -n TCP,ETCP 1 Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx) 07/14/2015 _x86_64_ (32 CPU) 12:17:19 AM active/s passive/s iseg/s oseg/s 12:17:20 AM 1.00 0.00 10233.00 18846.00 12:17:19 AM atmptf/s estres/s retrans/s isegerr/s orsts/s 12:17:20 AM 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 12:17:20 AM active/s passive/s iseg/s oseg/s 12:17:21 AM 1.00 0.00 8359.00 6039.00 12:17:20 AM atmptf/s estres/s retrans/s isegerr/s orsts/s 12:17:21 AM 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 ^C
这是对 TCP 重要指标的一些概括，包括：
- active/s：每秒钟本地主动开启的 TCP 连接，也就是本地程序使用 connect() 系统调用
- passive/s：每秒钟从源端发起的 TCP 连接，也就是本地程序使用 accept() 所接受的连接
- retrans/s：每秒钟的 TCP 重传次数
- atctive 和 passive 的数目通常可以用来衡量服务器的负载：接受连接的个数(passive)，下游连接的个数(active)。可以简单认为 active 为出主机的连接，passive 为入主机的连接；但这个不是很严格的说法，比如 loalhost 和 localhost 之间的连接。
重传表示网络或者服务器的问题。也许是网络不稳定了，也许是服务器负载过重开始丢包了。上面这个例子表示每秒只有 1 个新连接建立。
10. top
$ top top - 00:15:40 up 21:56, 1 user, load average: 31.09, 29.87, 29.92 Tasks: 871 total, 1 running, 868 sleeping, 0 stopped, 2 zombie %Cpu(s): 96.8 us, 0.4 sy, 0.0 ni, 2.7 id, 0.1 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st KiB Mem: 25190241+total, 24921688 used, 22698073+free, 60448 buffers KiB Swap: 0 total, 0 used, 0 free. 554208 cached Mem PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND 20248 root 20 0 0.227t 0.012t 18748 S 3090 5.2 29812:58 java 4213 root 20 0 2722544 64640 44232 S 23.5 0.0 233:35.37 mesos-slave 66128 titancl+ 20 0 24344 2332 1172 R 1.0 0.0 0:00.07 top 5235 root 20 0 38.227g 547004 49996 S 0.7 0.2 2:02.74 java 4299 root 20 0 20.015g 2.682g 16836 S 0.3 1.1 33:14.42 java 1 root 20 0 33620 2920 1496 S 0.0 0.0 0:03.82 init 2 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.02 kthreadd 3 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:05.35 ksoftirqd/0 5 root 0 -20 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 kworker/0:0H
top 命令涵盖了我们前面讲述的许多指标。我们可以用它来看和我们之前查看的结果有没有很大的不同，如果有的话，那表示系统的负载在变化。
top 的缺点就是你很难找到这些指标随着时间的一些行为模式，在这种情况下，vmstat 或者 pidstat 这种可以提供滚动输出的命令是更好的方式。如果你不以足够快的速度暂停输出(Ctrl-S 暂停，Ctrl-Q 继续)，一些间歇性问题的线索也可能由于被清屏而丢失。
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