概述
前言
实验环境：ubuntu 18.04、切换至 root 权限下操作
查看命令详细使用方法，可以：man xxx
提及到路径的话，一般可以 cat /x/xx/xxx
提及到工具的话，如果没安装，可以：apt-get install xxx
CPU 篇
CPU 性能指标
根据指标找工具
| 性能指标 | 工具 | 说明 |
|---|---|---|
| 平均负载 | uptime top | uptime 最简单； top 提供了更全的指标 |
| 系统整体 CPU 使用率 | vmstat mpstat top sar /proc/stat | top、vmstat、mpstat 只可以动态查看， /proc/stat/ 是其他性能工具的数据来源 |
| 进程 CPU 使用率 | top pidstat ps 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 /proc/softirqs mpstat | 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 和 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 个数 | /proc/cpuinfo lscpu | lscpu 更直观 |
| 事件剖析 | perf execsnoop | perf 可以用来分析 CPU 的缓存以及内核调用链，execsnoop 用来监控短时进程 |
根据工具查指标
| 性能工具 | CUP 性能指标 |
|---|---|
| uptime | 平均负载 |
| top | 平均负载、运行队列、整体的 CPU 使用率以及每个进程的状态和 CPU 使用率 |
| htop | top 增强版，以不同颜色区分不同类型的进程，更直观 |
| atop | CPU、内存、磁盘和网络等各种资源的全面监控 |
| vmstat | 系统整体的 CPU 使用率、上下文切换次数、中断次数、 还包括处于运行和不可中断状态的进程数量 |
| mpstat | 每个 CPU 的使用率和软中断次数 |
| pidstat | 进程和线程的 CPU 使用率、中断上下文切换次数 |
| /proc/softirqs | 软中断类型和在每个 CPU 上的累积中断次数 |
| /proc/interrupts | 硬中断类型和在每个 CPU 上的累积中断次数 |
| ps | 每个进程的状态和 CPU 使用率 |
| pstree | 进程的父子关系 |
| dstat | 系统整体的 CPU 使用率 |
| sar | 系统的整体 CPU 使用率，包括可配置的历史数据 |
| strace | 进程的系统调用 |
| perf | CPU 性能事件剖析，如调用链分析、CPU 缓存、CPU 调度 |
| execsnoop | 监控短时进程 |
CPU 性能优化分析
内存篇
内存性能指标
根据指标找工具
| 内存指标 | 性能工具 |
|---|---|
| 系统已用、可用、剩余内存 | free vmstat sar /proc/meminfo |
| 进程虚拟内存、常驻内存、共享内存 | ps top |
| 进程内存分布 | pmap |
| 进程 Swap 换出内存 | top /proc/pid/status |
| 进程缺页异常 | ps top |
| 系统换页情况 | sar |
| 缓存（Cache）/ 缓冲区（Buffer）用量 | free vmstat sar cachestat |
| 缓存（Cache）/ 缓冲区（Buffer）用量 | cachetop |
| SWAP 已用空间和剩余空间 | free sar |
| Swap 换入换出 | vmstat |
| 内存泄漏检测 | memleak valgrind |
| 指定文件的缓存大小 | pcstat |
根据工具查指标
| 性能工具 | 内存指标 |
|---|---|
| free /proc/meninfo | 系统已用、可用、剩余内存以及缓存和缓冲区的使用量 |
| top ps | 进程虚拟、常驻、共享内存以及缺页异常 |
| vmstat | 系统剩余内存、缓存、缓冲区、换入、换出 |
| sar | 系统部分内存换页情况、内存使用率、缓存和缓冲区用量 以及 Swap |
| cachestat | 系统缓存和缓冲区的命中率 |
| cachetop | 进程缓存和缓冲区的命中率 |
| slabtop | 系统 Slab 缓存使用情况 |
| /proc/pid/status | 进程 Swap 内存等 |
| /proc/pid/smaps pmap | 进程地址空间和内存状态 |
| valgrind | 进程内存错误检查器，用来检测内存初始化、泄漏、 越界访问等各种内存错误 |
| memleak | 内存泄漏检测 |
| pcstat | 查看指定文件的缓存情况 |
内存性能优化分析
I/O 篇
I/O 性能指标
根据指标找工具
| 性能指标 | 工具 | 说明 |
|---|---|---|
| 文件系统空间容量、使用量以及剩余空间 | df | 详细文档见 info coreutils ‘df invocation’ |
| 索引结点容量、使用量以及剩余量 | df | 使用 -i 选项 |
| 页面缓存和可回收 Slab 缓存 | /proc/meminfo sar、vmstat | 使用 sar -r 选项 |
| 缓冲区 | /proc/meminfo sar、vmstat | 使用 sar -r 选项 |
| 目录项、索引节点以及文件系统的缓存 | /proc/slabinfo slabtop | slabtop 更直观 |
| 磁盘 I/O 使用率、IOPS、 吞吐量、响应时间、I/O 平均大小 以及等待队列长度 | iostat sar、dstat | 使用 iostat -d -x 或 sar -d 选项 |
| 进程 I/O 大小以及 I/O 延迟 | pidstat iotop | 使用 pidstat -d 选项 |
| 块设备 I/O 事件跟踪 | blktrace | 示例：blktrace -d /dev/sda -o- （管道符） blkparse -i- |
| 进程 I/O 系统调用跟踪 | strace | 通过系统调用跟踪进程的 I/O |
| 进程块设备 I/O 大小跟踪 | biosnoop biotop | 需要安装 bcc 软件包 |
根据工具查指标
| 性能工具 | 性能指标 |
|---|---|
| iostat | 磁盘 I/O 使用率、IOPS、吞吐量、响应时间、I/O 平均大小以及等待队列长度 |
| pidstat | 进程 I/O 大小以及 I/O 延迟 |
| sar | 磁盘 I/O 使用率、IOPS、吞吐量以及响应时间 |
| dstat | 磁盘 I/O、IPOS 以及吞吐量 |
| iotop | 按 I/O 大小对进程排序 |
| slabtop | 目录项、索引结点以及文件系统的缓存 |
| /proc/slabinfo | 目录项、索引结点以及文件系统的缓存 |
| /proc/meminfo | 页缓存和可回收 Slab 缓存 |
| /proc/diskstats | 磁盘的 IOPS、吞吐量以及延迟 |
| /proc/pid/io | 进程 IOPS、I/O 大小以及 I/O 延迟 |
| vmstat | 缓存和缓冲区用量汇总 |
| blktrace | 跟踪块设备 I/O 事件 |
| biosnoop | 跟踪进程的块设备 I/O 大小 |
| biotop | 跟踪进程的并按 I/O 大小排序 |
| strace | 跟踪进程的 I/O 系统调用 |
| perf | 跟踪内核中的 I/O 事件 |
| df | 磁盘空间和索引结点使用量和剩余量 |
| mount | 文件系统的挂载路径以及挂载参数 |
| du | 目录占用的磁盘空间大小 |
| tune2fs | 显示和设置文件系统参数 |
| hdparam | 显示和设置磁盘参数 |
I/O 性能优化分析
网络篇
根据指标找工具
| 性能指标 | 工具 | 说明 |
|---|---|---|
| 吞吐量（BPS） | sar nethogs iftop | 分别可以查看网络接口、进程以及 IP 地址的网络吞吐量 |
| PPS | sar /proc/net/dev | 查看网络接口的 PPS |
| 连接数 | nestat ss | 查看网络连接数 |
| 延迟 | ping hping3 | 通过 ICMP、TCP 等测试网络延迟 |
| 连接跟踪数 | conntrack | 查看和管理连接跟踪状况 |
| 路由 | mtr route traceroute | 查看路由并测试链路信息 |
| DNS | dig nslookup | 排查 DNS 解析问题 |
| 防火墙和 NAT | iptables | 配置和管理防火墙及 NAT 规则 |
| 网卡功能 | ethtool | 查看和配置网络接口的功能 |
| 抓包 | tcpdump Wireshark | 抓包分析网络流量 |
| 内核协议栈跟踪 | bcc systemtap | 动态跟踪内核协议栈的行为 |
根据工具查指标
| 性能工具 | 主要功能 |
|---|---|
| ifconfig ip | 配置和查看网络接口 |
| ss | 查看网络连接数 |
| sar /proc/net/dev/sys/class/net/eth0/statistics | 查看网络接口的收发情况 |
| nethogs | 查看进程的网络收发情况 |
| iftop | 查看 IP 的网络收发情况 |
| ethool | 查看和配置网络接口 |
| conntrack | 查看和管理连接跟踪状况 |
| nslookup dig | 排查 DNS 解析问题 |
| mtr route traceroute | 查看路由并测试链路信息 |
| ping hping3 | 测试网络延迟 |
| tcpdump | 网络抓包工具 |
| Wireshark | 网络抓包和图形界面分析工具 |
| iptables | 配置和管理防火墙及 NAT 规则 |
| perf | 剖析内核协议栈的性能 |
| systemtap bcc | 动态追踪内核协议栈的行为 |
结语 & 案例
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行” 。在此，提供本人实践的课程案例，希望对你有帮助。
案例：某个应用的 CPU 使用率居然达到 100%，我该怎么办？
案例：系统的 CPU 使用率很高，但为啥却找不到高 CPU 的应用？
案例：系统中出现大量不可中断进程（D）和僵尸进程（Z）怎么办？
最后
以上就是饱满萝莉为你收集整理的Linux 性能优化笔记的全部内容，希望文章能够帮你解决Linux 性能优化笔记所遇到的程序开发问题。
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