Linux服务器性能评估与优化

简介:
一、影响Linux服务器性能的因素 
1.  操作系统级
 
Ø        CPU
Ø        内存
Ø        磁盘 I/O 带宽
Ø        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
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。
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
l              熟悉RAID存储方式,可以根据应用的不同,选择不同的RAID方式。
l              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。
l              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。
l               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:
ü            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。
ü            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。
ü            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:
ü             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。
Ø             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。
Ø             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
Ø        oracle 相关的系统内核参数
Ø        SGA PGA 参数设置
 
Oracle 下磁盘存储性能优化
Ø        文件系统的选择( ext2/ext3 xfs ocfs2
Ø        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 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
Ø          自动内存管理 ,即AMM (Automatic Memory Management)
Ø          自动共享内存管理,即 ASMM(Automatic Shared Memory Management)
Ø          手动共享内存管理
Ø          自动 PGA管理
Ø          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
 
       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。
       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
 
关于作者
 
 高俊峰,网名:南非蚂蚁

本文转自holy2009 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/holy2010/506366

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