采用分段排查法診斷服務(wù)器性能

在日常性能測(cè)試中，我們需要掌握一些常用的策略以及有必要了解和掌握查看服務(wù)器性能的命令，來(lái)排查診斷服務(wù)器性能。

今天，就和大家分享一下在壓測(cè)過(guò)程中，采用分段排查法快速利用命令去診斷服務(wù)器的性能。

Linux服務(wù)器分段排查的方法，按照CPU、內(nèi)存、磁盤IO、網(wǎng)絡(luò)的先后順序依次排除。參考流程圖如下：

• 關(guān)注cpu(sys+us)使用率，若此值持續(xù)大于80%，可以觀察進(jìn)程視圖，是否是非核心應(yīng)用進(jìn)程占用大量CPU資源，若能排除非核心應(yīng)用進(jìn)程的影響，則基本能確定該系統(tǒng)cpu資源面臨短缺，此時(shí)結(jié)合vmstat監(jiān)控觀察到proc列r值應(yīng)該較大;同理，當(dāng)cpu利用率很低，但運(yùn)行進(jìn)程隊(duì)列(r值)卻很大時(shí)，表面cpu存在阻塞
• 關(guān)注%idle(cpu 空閑時(shí)間的百分比)，若此值較高但系統(tǒng)響應(yīng)卻很慢時(shí)，有可能是CPU在等待分配內(nèi)存，此時(shí)應(yīng)關(guān)注內(nèi)存使用情況(見(jiàn)step3);如果空閑時(shí)間%idle持續(xù)為0并且系統(tǒng)時(shí)間(cpu sy)是用戶時(shí)間(cpu us)的兩倍 ，系統(tǒng)則面臨著CPU資源的短缺.
• 關(guān)注%wait(cpu等待 IO 的時(shí)間的百分比)，在cpu資源尚未耗盡情況下，若此值持續(xù)很高表示系統(tǒng)存儲(chǔ)IO可能存在瓶頸;問(wèn)題原因可能是：(1)系統(tǒng)存在一個(gè)應(yīng)用程序問(wèn)題(應(yīng)用本身有許多IO請(qǐng)求);(2)物理內(nèi)存不足; (3)低效的 I/O 子系統(tǒng)配置; 此時(shí)應(yīng)先排查是否是應(yīng)用程序問(wèn)題，然后檢查系統(tǒng)內(nèi)存使用情況，若是交換分頁(yè)多，則確定是由物理內(nèi)存不足引發(fā)的磁盤IO問(wèn)題(見(jiàn)step3);若不是，則檢查系統(tǒng)磁盤，結(jié)合iostat來(lái)驗(yàn)證此現(xiàn)象是由應(yīng)用IO過(guò)多造成(見(jiàn)step4).

Step2 結(jié)合vmstat、sar監(jiān)控cpu：

主要關(guān)注報(bào)告中的4個(gè)cpu列和2個(gè)procs(內(nèi)核線程)列

• r：等待在CPU資源的進(jìn)程數(shù)。這個(gè)數(shù)據(jù)比平均負(fù)載更加能夠體現(xiàn)CPU負(fù)載情況，數(shù)據(jù)中不包含等待IO的進(jìn)程。如果這個(gè)數(shù)值大于系統(tǒng)中的邏輯CPU核數(shù)，表示系統(tǒng)現(xiàn)在運(yùn)行比較慢,有多數(shù)的進(jìn)程等待CPU，那么系統(tǒng)的CPU資源已經(jīng)飽和。
• us, sy, id, wa, st：這些都代表了CPU時(shí)間的消耗，它們分別表示用戶時(shí)間(user)、系統(tǒng)(內(nèi)核)時(shí)間(sys)、空閑時(shí)間(idle)、IO等待時(shí)間(wait)和被偷走的時(shí)間(stolen，一般被其他虛擬機(jī)消耗)。上述這些CPU時(shí)間，可以讓我們很快了解CPU是否出于繁忙狀態(tài)。一般情況下，如果用戶時(shí)間和系統(tǒng)時(shí)間相加非常大，CPU出于忙于執(zhí)行指令。如果IO等待時(shí)間很長(zhǎng)，那么系統(tǒng)的瓶頸可能在磁盤IO。

sar –P ALL : 對(duì)cpu分開(kāi)查詢，統(tǒng)計(jì)每個(gè)cpu的使用情況，檢查多個(gè)cpu的負(fù)載是否平衡

通過(guò)前兩步，已能基本確定cpu是否存在瓶頸：

• 若cpu資源不足，可以調(diào)整應(yīng)用程序?qū)PU的占用情況，使得應(yīng)用程序能夠更有效的使用CPU，同時(shí)可以考慮增加更多的CPU;
• 若cpu不是瓶頸，則著重查看系統(tǒng)內(nèi)存。

Step3 用vmstat查看內(nèi)存使用情況:

每行會(huì)輸出一些系統(tǒng)核心指標(biāo)，這些指標(biāo)可以讓我們更詳細(xì)的了解系統(tǒng)狀態(tài)。后面跟的參數(shù)1，表示每秒輸出一次統(tǒng)計(jì)信息，參數(shù)2，表示一共輸出2次統(tǒng)計(jì)信息。表頭提示了每一列的含義，這只介紹一些和內(nèi)存性能調(diào)優(yōu)相關(guān)的列：

Memory區(qū)域

• swpd：表示切換到內(nèi)存交換區(qū)的內(nèi)存大小，即虛擬內(nèi)存已使用的大小(單位KB)，如果大于0，表示你的機(jī)器物理內(nèi)存不足了，如果不是程序內(nèi)存泄露的原因，那么你該升級(jí)內(nèi)存了或者把耗內(nèi)存的任務(wù)遷移到其他機(jī)器。
• free：表示當(dāng)前空閑的物理內(nèi)存(以千字節(jié)為單位), 如果剩余內(nèi)存不足，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能問(wèn)題。
• buff：表示baffers cached內(nèi)存大小，也就是緩沖大小，一般對(duì)塊設(shè)備的讀寫(xiě)才需要緩沖。
• Cache：表示page cached的內(nèi)存大小，也就是緩存大小，一般作為文件系統(tǒng)進(jìn)行緩沖，頻繁訪問(wèn)的文件都會(huì)被緩存，如果cache值非常大說(shuō)明緩存文件比較多，如果此時(shí)io中的bi比較小，說(shuō)明文件系統(tǒng)效率比較好。

Swap區(qū)域

• si：表示有磁盤調(diào)入內(nèi)存，也就是內(nèi)存進(jìn)入內(nèi)存交換區(qū)的內(nèi)存大小;通俗的講就是 每秒從磁盤讀入虛擬內(nèi)存的大小，如果這個(gè)值大于0，表示物理內(nèi)存不夠用或者內(nèi)存泄露了，要查找耗內(nèi)存進(jìn)程解決掉。
• so：表示由內(nèi)存進(jìn)入磁盤，也就是由內(nèi)存交換區(qū)進(jìn)入內(nèi)存的內(nèi)存大小。

注意：一般情況下si、so的值都為0，如果si、so的值長(zhǎng)期不為0，則說(shuō)明系統(tǒng)內(nèi)存不足，需要增加系統(tǒng)內(nèi)存。

Step4 用iostat查看磁盤IO

• tps：該設(shè)備每秒的傳輸次數(shù)(Indicate the number of transfers persecond that were issued to the device.)。"一次傳輸"意思是"一次I/O請(qǐng)求"。多個(gè)邏輯請(qǐng)求可能會(huì)被合并為"一次I/O請(qǐng)求"。"一次傳輸"請(qǐng)求的大小是未知的。
• kB_read/s：每秒從設(shè)備(drive expressed)讀取的數(shù)據(jù)量;
• kB_wrtn/s：每秒向設(shè)備(drive expressed)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)量;
• kB_read：讀取的總數(shù)據(jù)量;
• kB_wrtn：寫(xiě)入的總數(shù)量數(shù)據(jù)量;這些單位都為Kilobytes
• 關(guān)注%iowait，如果 CPU 和內(nèi)存受限的情況不存在，并且%iowait 長(zhǎng)時(shí)間大于25%，則認(rèn)為IO存在瓶頸。
• 收集磁盤IO數(shù)據(jù)吞吐量(iostat –d -k)，大致估計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐量與應(yīng)用負(fù)載是否相匹配，排查是否有與業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的大量IO操作。

Step5 使用sar –d 查看磁盤讀寫(xiě)：

其中：

• tps:每秒從物理磁盤I/O的次數(shù).多個(gè)邏輯請(qǐng)求會(huì)被合并為一個(gè)I/O磁盤請(qǐng)求,一次傳輸?shù)拇笮∈遣淮_定的。
• rd_sec/s:每秒讀扇區(qū)的次數(shù)。
• wr_sec/s:每秒寫(xiě)扇區(qū)的次數(shù)。
• avgrq-sz:平均每次設(shè)備I/O操作的數(shù)據(jù)大小(扇區(qū))。
• avgqu-sz:磁盤請(qǐng)求隊(duì)列的平均長(zhǎng)度。
• await:從請(qǐng)求磁盤操作到系統(tǒng)完成處理，每次請(qǐng)求的平均消耗時(shí)間，包括請(qǐng)求隊(duì)列等待時(shí)間，單位是毫秒(1秒=1000毫秒)。
• svctm:系統(tǒng)處理每次請(qǐng)求的平均時(shí)間，不包括在請(qǐng)求隊(duì)列中消耗的時(shí)間。
• %util:I/O請(qǐng)求占CPU的百分比，比率越大，說(shuō)明越飽和。

正常情況下avserv應(yīng)該是小于avwait值的, 如果avserv的值與avwait很接近，表示幾乎沒(méi)有I/O等待，磁盤性能很好;如果avwait的值遠(yuǎn)高于avserv的值，則表示I/O隊(duì)列等待太長(zhǎng)，系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序?qū)⒆兟?，磁盤IO為系統(tǒng)瓶頸。

Step6 使用netstat查看網(wǎng)絡(luò)：

1、通過(guò)ping命令檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的連通性

2、通過(guò)netstat –nltp組合檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)接口狀況

-u (udp)僅顯示udp相關(guān)選項(xiàng)

-l 僅列出有在 Listen (監(jiān)聽(tīng)) 的服務(wù)狀態(tài)

-n 拒絕顯示別名，能顯示數(shù)字的全部轉(zhuǎn)化成數(shù)字。

-t (tcp)僅顯示tcp相關(guān)選項(xiàng)

-p 顯示建立相關(guān)鏈接的程序名,

3、通過(guò)netstat –r組合檢測(cè)系統(tǒng)的路由表信息

總結(jié)：

cpu瓶頸常見(jiàn)征兆：

• 很慢的響應(yīng)時(shí)間
• cpu空閑時(shí)間為零
• 過(guò)高的用戶占用cpu時(shí)間
• 過(guò)高的系統(tǒng)占用cpu時(shí)間
• 長(zhǎng)時(shí)間的有很長(zhǎng)的運(yùn)行進(jìn)程隊(duì)列

cpu調(diào)優(yōu)方法：

• 平衡系統(tǒng)負(fù)載——在不同的期間運(yùn)行進(jìn)程，從而更有效地利用每天的24小時(shí)。
• 使用 nice 或 renice 優(yōu)化調(diào)度程序——可為運(yùn)行進(jìn)程分配不同的優(yōu)先級(jí)，以避免占用大量cpu資源。
• 增加資源——添加更多的cpu

內(nèi)存瓶頸常見(jiàn)征兆：

• 很高的換頁(yè)率
• 交換空間使用率很高
• 進(jìn)程進(jìn)入不活動(dòng)狀態(tài);
• 交換區(qū)所有磁盤的活動(dòng)次數(shù)很高;
• 很高的全局系統(tǒng)CPU利用率;
• 內(nèi)存不夠出錯(cuò)

內(nèi)存調(diào)優(yōu)方法：

• 保證交換空間分配合理(分配足夠多的交換空間、每個(gè)交換空間大小相同、每個(gè)交換空間分配在不同的硬盤上)
• 參數(shù)調(diào)整，調(diào)整內(nèi)存參數(shù)閥值
• 增加內(nèi)存資源

IO瓶頸常見(jiàn)征兆：

• 過(guò)高的磁盤利用率
• 太長(zhǎng)的磁盤等待隊(duì)列
• 等待磁盤I/O的時(shí)間所占的百分率太高
• 太高的物理I/O速率
• 過(guò)低的緩存命中率
• 太長(zhǎng)的運(yùn)行進(jìn)程隊(duì)列，但CPU卻空閑

IO調(diào)優(yōu)方法：

• 一般來(lái)說(shuō)，高的%iowait 表明系統(tǒng)至少存在一個(gè)應(yīng)用程序問(wèn)題、缺少內(nèi)存問(wèn)題或低效的 I/O 子系統(tǒng)配置;
• 應(yīng)檢查應(yīng)用程序產(chǎn)生大量IO請(qǐng)求是否正常;
• 檢查是否是由于內(nèi)存交換空間頻繁換頁(yè)引起的IO問(wèn)題;
• 檢查磁盤配置情況是否合理

針對(duì)磁盤IO本身的優(yōu)化來(lái)說(shuō)，盡管存在一些 I/O 優(yōu)化參數(shù)的虛擬內(nèi)存等價(jià)項(xiàng)，但是提高磁盤 I/O 性能的好方法仍然是正確地配置Linux系統(tǒng)，而不僅僅是優(yōu)化相關(guān)的參數(shù)。

最后

排查L(zhǎng)inux服務(wù)器性能問(wèn)題還有很多工具，上面介紹的一些命令，可以幫助我們快速的定位問(wèn)題。在以后，實(shí)踐工作中，如果你掌握的shell命令多了之后，你就可以根據(jù)自己的工作需要，寫(xiě)一些腳本，去輔助自己的測(cè)試工作，例如數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理等等，然后和其他工具結(jié)合，就可以形成一套解決方案了。

注意：本文旨在學(xué)習(xí)交流，涉及到部分參數(shù)指標(biāo)可能與實(shí)際項(xiàng)目有出入，僅為以后的Linux服務(wù)器系統(tǒng)性能分析工作提供參考。

本文名稱：采用分段排查法診斷服務(wù)器性能
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