内容简介
在当前复杂的大规模系统场景下,好的应用程序性能比以往任何时候都更重要,但是获得这样的性能也更加困难。Linux由于其开源特性,已经具有一系列优化工具,只是这些工具散布在互联网上,工具的相关文档也很少,只有少数专家知道如何综合使用这些工具来解决实际问题。基于此,菲利普G.伊佐特著贺莲、龚奕利译的《Linux性能优化/LinuxUnix技术丛书》介绍了当前常用的Linux优化工具,展示了它们是如何行之有效地提升整体应用程序性能的。通过真实案例,向开发人员演示了怎样定位影响性能的源代码行,使系统管理人员和应用程序开发人员能够迅速深入系统瓶颈,实施解决方案。
通过阅读《Linux/Unix技术丛书:Linux性能优化》,你能够:
在不熟悉底层系统的情况下,快速识别系统瓶颈。
针对具体问题,找到并选择正确的性能工具。
深入理解系统性能及优化问题。
掌握优化系统CPU、用户CPU、内存、网络I/O和磁盘I/O的方法,并了解它们之间的关系。
掌握修复计算密集型(CPU-bound)、延迟敏感和I/O密集型(I/O—bound)的应用程序的方法,跟随案例轻松地配置自己的环境。
安装并使用Linux系统的高级全系统分析器——oprofile。
无论读者的技术背景如何,性能优化的新手都能通过学习《Linux/Unix技术丛书:Linux性能优化》,掌握一系列清晰实用的优化原则和策略,并获得丰富的Linux知识,解决Linux系统和应用程序的优化问题,增加商业价值并提高用户满意度。
作者简介
菲利普G.伊佐特,业内知名的Linux性能优化专家,拥有20多年Linux和Unix系统性能优化经验。他曾经用6年时间为Compaq公司的Alpha性能团队设计Linux性能优化工具。此外,他协助Compaq公司制定了SPECCPU2000及后继版本的CPU性能度量标准。他还长期从事开发人员和系统管理者的Linux性能优化培训工作。
内页插图
目录
译者序
前言
致谢
第1章 性能追踪建议
1.1 常用建议
1.1.1 记大量的笔记(记录所有的事情)
1.1.2 自动执行重复任务
1.1.3 尽可能选择低开销工具
1.1.4 使用多个工具来搞清楚问题
1.1.5 相信你的工具
1.1.6 利用其他人的经验(慎重)
1.2 性能调查概要
1.2.1 找到指标、基线和目标
1.2.2 追踪近似问题
1.2.3 查看问题是否早已解决
1.2.4 项目开始(启动调查)
1.2.5 记录,记录,记录
1.3 本章小结
第2章 性能工具:系统CPU
2.1 CPU性能统计信息
2.1.1 运行队列统计
2.1.2 上下文切换
2.1.3 中断
2.1.4 CPU使用率
2.2 Linux性能工具:CPU
2.2.1 vmstat(虚拟内存统计)
2.2.2 top(2.0.x版本)
2.2.3 top(3.x.x版本)
2.2.4 procinfo(从/proc文件系统显示信息)
2.2.5 gnome-system-monitor
2.2.6 mpstat(多处理器统计)
2.2.7 sar(系统活动报告)
2.2.8 oprofile
2.3 本章小结
第3章 性能工具:系统内存
3.1 内存性能统计信息
3.1.1 内存子系统和性能
3.1.2 内存子系统(虚拟存储器)
3.2 Linux性能工具:CPU与内存
3.2.1 vmstat (II)
……
第4章 性能工具:特定进程CPU
第5章 性能工具:特定进程内存
第6章 性能工具:磁盘I/O
第7章 性能工具:网络
第8章 实用工具:性能工具助手
第9章 使用性能工具发现问题
第10章 性能追踪1:受CPU限制的应用程序(GIMP)
第11章 性能追踪2:延迟敏感的应用程序(nautilus)
第12章 性能追踪3:系统级迟缓(prelink)
第13章 性能工具:下一步是什么
附录A 性能工具的位置
附录B 安装oprofile
前言/序言
为什么性能很重要?
如果你曾经坐等计算机完成工作(同时还伴随着敲打桌面、诅咒和好奇:“啥事儿要花这么长的时间?”),你就会知道有个速度快且性能优化良好的计算机系统是多么重要。尽管不是所有的性能问题都能轻易得到解决,但是,了解系统工作缓慢的原因,就意味着有可能采用不同的解决方法:修复软件问题,升级慢速硬件,或者干脆直接把计算机扔出窗外。幸运的是,大多数操作系统,尤其是Linux,都提供了工具用于检测机器运行缓慢的原因。使用一些基础工具,就可以确定系统中哪里速度慢,并修复那些运行效率低的部分。
虽然终端用户非常讨厌速度慢的系统,但对于应用程序开发者而言,他们有着更重要的理由对其程序进行性能调优:程序能够在多个系统上高效运行。如果你编写的程序运行缓慢,又需要快速的计算机,那么你就会排除掉那些拥有慢速计算机的用户。毕竟,并非所有人都具备最新的硬件。性能良好的应用程序能被更多的用户使用,从而带来更大的潜在用户群。另外,如果潜在用户必须在两个具有相似功能的不同应用程序中进行选择,他们通常会选择运行更快或效率更高的那一个。最后,长期使用的应用程序很可能会经过几轮优化,以便适应不同的用户需求,因此,关键是了解如何追踪性能问题。
如果你是系统管理员,那么对系统用户来说,你就有责任使系统在运行时保持适当的性能水平。若系统运行缓慢,用户就会抱怨。如果你能迅速找到并解决问题,他们就会停止抱怨。还有让人高兴的是,如果你能通过调整应用程序或操作系统来解决问题(从而使他们不用购买新的硬件),那么公司的会计就会很开心。知道如何有效使用性能工具就意味着,在性能问题上需要花费的时间是有区别的:几天,还是几个小时。
Linux:优势和劣势
如果你使用Linux,维护它并用其进行开发,你就会处于一种奇特但良好的处境中。你能访问和接触的源代码、开发者和邮件列表是前所未有的,通常,这些邮件列表中会记录着多年前的设计决策。Linux是发现和修复性能问题的优良环境。与之形成鲜明对比的是专有环境,在这种环境下,很难直接接触到软件开发者,同时也很难找到大多数设计决策讨论的书面记录,而访问源代码则几乎是不可能的。除了是一个高效环境外,Linux还具备强大的性能工具,使你能发现并修复性能问题。这些工具可以与那些专门的工具相媲美。
即使有着这些令人印象深刻的优势,Linux生态环境还是需要征服一些挑战。Linux性能工具分散性很强。不同的小组根据不同的目标开发工具,其结果就是,这些工具不一定集中在一个地方。有些工具已经包含在标准的Linux发行版中,如RedHat、SUSE和Debian;而有些工具则分散在整个互联网上。如果你尝试解决一个性能问题,首先要做的是了解你需要的工具是否存在,然后再设法找到它们。由于没有哪一个Linux性能工具能够独立解决所有类型的性能问题,因此,还必须了解如何使用多个工具来确定问题出在哪儿。这可能需要点技巧,但是经验会让它变得容易些。虽然大多数常见的方法会有文档记录,但是Linux没有任何指南来告诉你如何整合性能工具以实际解决问题。很多工具或子系统都有调整特定子系统的信息,但是却没有说明如何将它们与其他工具一起使用。许多性能问题涉及系统的多个部分,如果不知道如何同时使用多个工具,就无法解决这些问题。
Linux/Unix技术丛书:Linux性能优化 揭示系统潜能,释放卓越表现 在日新月异的计算领域,Linux/Unix操作系统的稳定、强大与灵活早已深入人心,成为从嵌入式设备到超级计算机的基石。然而,随着应用规模的扩大、数据量的激增以及用户需求的复杂化,如何让Linux系统以最优姿态运行,如何挖掘其深层潜力,将性能瓶颈逐一击破,已成为系统管理员、开发人员以及运维工程师们面临的核心挑战。 《Linux/Unix技术丛书:Linux性能优化》正是应运而生,它并非是一本泛泛而谈的教程,而是深入系统内核、剖析运行机制,为读者提供一套系统、全面且极具实操性的Linux性能调优方法论。本书旨在帮助您在纷繁复杂的系统指标中洞察本质,在繁杂的配置选项中找到关键,最终将您的Linux系统从“可用”提升至“卓越”,使其能够以最高的效率、最快的速度、最稳健的状态响应每一次请求,支撑每一次计算。 一、 深度洞察:理解性能的基石 本书的出发点,是建立对Linux系统性能影响因素的深刻理解。我们不满足于表面的现象,而是追根溯源,逐层剥离,探究那些决定系统表现的根本原因。 CPU核心的运作之道: 从处理器架构、指令集、缓存机制到多核处理器的调度策略,本书将详细解析CPU如何执行指令、如何管理任务。我们将学习如何识别CPU瓶颈,理解上下文切换的开销,以及如何通过优化进程调度、线程管理和CPU亲和性来最大化CPU利用率。无论是单线程应用的优化,还是多线程并行计算的调优,您都能从中找到关键思路。 内存的吞吐与延迟: 内存是系统运行的生命线,其容量、速度和访问模式直接影响着应用的响应能力。本书将深入探讨物理内存、虚拟内存、页面交换、缓存策略(如TLB、页缓存)以及内存分配机制。您将学会如何监控内存使用情况,识别内存泄漏,优化内存分配器,以及通过调整内核参数来改善内存访问延迟,确保关键数据能够被快速有效地访问。 I/O子系统的脉搏: 无论是磁盘的读写,还是网络的传输,I/O操作往往是系统性能的“阿喀琉斯之踵”。本书将全面审视磁盘I/O(包括文件系统、块设备驱动、I/O调度器)和网络I/O(包括TCP/IP协议栈、网络接口卡、套接字选项)。您将掌握各种I/O性能监控工具的使用,学会识别I/O瓶颈,理解不同I/O调度算法的优劣,并通过调整文件系统挂载选项、内核网络参数以及应用程序I/O模式来显著提升I/O吞吐量和响应速度。 进程与线程的生命周期: 进程和线程是Linux系统中执行的基本单元。本书将详细解析进程的创建、销毁、状态转换以及它们之间的通信机制。您将深入理解线程模型、锁机制、同步与互斥,并学习如何通过合理的进程/线程设计、避免死锁、优化线程池以及调整优先级来提高并发处理能力和系统响应速度。 二、 精准诊断:定位性能的症结 再精妙的优化,也必须建立在对症下药的基础上。本书将带您掌握一系列强大的性能诊断工具与方法,让您能够精准地识别系统中的性能瓶颈,为后续的调优工作提供坚实依据。 命令行下的瑞士军刀: `top`、`htop`、`vmstat`、`iostat`、`sar`、`pidstat`、`netstat`、`ss`等经典工具将不再是冰冷的命令,本书将深入解析它们输出的每一个关键指标的含义,以及如何通过组合使用这些工具来构建一个立体的性能监控视图。 系统调用级别的透视: `strace`和`ltrace`等工具能帮助我们深入了解应用程序与内核之间的交互,发现不必要的系统调用、低效的I/O操作或同步阻塞。本书将引导您如何有效地利用这些工具来定位应用程序层面的性能问题。 性能事件的侦测器: `perf`工具是Linux性能分析的利器,它能够收集CPU性能计数器、tracepoints、kprobes等数据,提供细致入微的性能剖析。本书将指导您如何使用`perf`来发现热点函数、CPU缓存未命中、分支预测失败等深层性能问题。 日志的智慧: 系统日志是宝贵的诊断信息源。本书将教您如何解读`syslog`、`kern.log`等日志文件,从中发掘与性能相关的错误、警告以及异常事件。 基准测试与压力测试: 在进行优化之前,建立一套科学的基准测试和压力测试体系至关重要。本书将介绍如何选择合适的工具(如`sysbench`、`fio`、`ab`)来模拟实际负载,量化系统性能,并在优化后进行对比验证。 三、 精细调优:解锁系统的潜能 在精准诊断的基础上,本书将提供一系列系统化、可操作的调优策略,涵盖从内核参数到应用程序配置的各个层面。 内核参数的奥秘(sysctl): `sysctl`接口提供了海量的内核参数,它们直接影响着系统的运行行为。本书将精选最常用、最关键的内核参数,深入解析它们的作用,并针对不同场景(如高并发Web服务器、大数据处理节点、数据库服务器)提供具体的调优建议,例如调整文件句柄限制、TCP连接参数、内存管理策略、调度器参数等。 进程与线程的精细控制: 除了操作系统的调度,您还可以通过`nice`、`renice`、`cpuset`、`cgroups`等工具来精细控制进程的优先级和资源分配。本书将展示如何利用这些机制来保证关键应用的性能,隔离资源,防止“邻居”干扰。 文件系统的优化之道: 选择合适的文件系统(如ext4, XFS, Btrfs)并进行恰当的挂载选项配置,是提升I/O性能的关键。本书将深入比较不同文件系统的特性,讲解`noatime`、`nodiratime`、`commit`等挂载选项的含义,并探讨日志预分配、块大小等配置对性能的影响。 网络协议栈的精益求精: TCP/IP协议栈的调优对于网络密集型应用至关重要。本书将讲解如何优化TCP缓冲区大小、拥塞控制算法、SYN Flood防护、Keepalive机制等,以提高网络吞吐量,降低延迟,应对高并发连接。 应用程序的自我优化: 性能优化并非仅仅是系统层面的工作,应用程序本身的设计和配置也扮演着举足轻重的角色。本书将探讨一些通用的应用程序性能优化原则,如高效的算法、合理的内存管理、异步I/O的使用、缓存策略的引入以及数据库查询的优化等。 容器与虚拟化环境下的性能考量: 在现代IT架构中,容器(如Docker)和虚拟化(如KVM, VMware)已成为主流。本书将特别关注在这些环境中进行性能调优的独特性,包括资源隔离、镜像优化、网络配置、存储驱动选择等,帮助您在虚拟化和容器化场景下实现最佳性能。 四、 持续改进:建立性能监控与反馈机制 性能优化并非一劳永逸,而是一个持续的、迭代的过程。本书将引导您建立完善的性能监控与反馈机制,确保持续的性能卓越。 自动化监控与告警: 介绍如何利用Prometheus, Grafana, Zabbix等监控工具,构建集中的性能指标采集和可视化平台,并设置合理的告警阈值,及时发现潜在的性能问题。 性能基线与趋势分析: 建立系统的性能基线,并持续追踪性能趋势,有助于在性能退化发生初期便予以发现和干预。 容量规划与预测: 基于对系统性能数据的分析,进行合理的容量规划,预测未来资源需求,避免因资源不足而导致的性能瓶颈。 自动化调优与自适应系统: 探讨一些更高级的性能管理技术,如基于机器学习的性能预测与调优、自适应资源分配等,为构建弹性、高效的系统提供前瞻性的指导。 谁适合阅读本书? 系统管理员: 无论您是管理小型服务器还是大型集群,本书都将为您提供必备的工具和技术,以确保系统的稳定运行和卓越表现。 开发人员: 理解应用程序的运行环境以及潜在的性能瓶颈,有助于您编写更高效、更具扩展性的代码。 运维工程师(DevOps): 在云原生时代,性能优化是保障服务质量和用户体验的关键。本书将为您提供应对复杂分布式系统性能挑战的解决方案。 技术爱好者: 对Linux/Unix操作系统底层机制充满好奇,并希望深入了解其性能调优原理的读者,本书将是一次深入的探索之旅。 《Linux/Unix技术丛书:Linux性能优化》是一本集理论深度、实践广度与前沿视野于一体的性能调优指南。它将赋能您成为一名真正的Linux性能专家,让您能够自信地驾驭最复杂的系统,将每一个CPU周期、每一字节内存、每一比特网络数据都发挥出最大效能,为您的应用和业务提供坚实而高效的底层支撑。告别性能的困扰,拥抱系统的极致飞驰——这一切,都将从本书开始。