Linux Preformance Analyze Overview(一) - Linux性能分析大纲

AI 摘要: 本文介绍了性能优化的步骤,包括指标选择、指标目标、基准测试、瓶颈定位、应用优化和监控告警。同时还介绍了应用程序分析、性能监控、应用性能测试以及系统资源诊断和优化的方法和工具。此外,还探讨了架构设计优化和Linux内核优化的相关内容。

1. 性能优化步骤

  1. 指标选择
  2. 指标目标
  3. 基准测试
  4. 瓶颈定位
  5. 应用优化
  6. 监控和告警

2. 工具图谱

perf-tools

3. 应用性能分析和优化

3.1. 应用程序分析

  • 性能指标:吞吐量、响应时间、资源使用率
  • 性能剖析:
    • USE方法:使用率、饱和度、错误率
    • 进程分析:进程状态、资源使用率、I/O剖析、系统调用、热点函数、动态追踪
    • APM工具
  • 调优方式:逻辑简化、编程语言选择、算法调优、NIO、利用缓存与缓冲区、异步处理和并发、GC

3.2. 应用性能监控

  • 时间序列分析:历史趋势分析、性能模型构建、未来趋势预测
  • 服务调研追踪:链路调用跟踪、调用性能分析、链路拓扑
  • 数据可视化:趋势图、散点图、热图、饼图
  • 告知通知:阈值选择、告警策略、通知渠道

3.3. 应用性能测试

  • 明确需求:系统资源需求、应用程序需求
  • 环境假设:合理假设、生产模拟、生产负载模拟
  • 性能测试:基准测试、负载测试、压力测试
  • 结果分析:应用程序瓶颈、数据库、系统资源瓶颈

4. 系统资源诊断和优化

4.1. CPU

  • 进程和CPU原理:进程与线程、CPU调度、系统中断、CPU缓存、NUMA
  • 性能指标:平均负载、CPU使用率(用户CPU、系统CPU、IOWAIT、软中断、硬中断、窃取CPU、客户CPU)
  • 上下文切换:自愿、非自愿
  • CPU缓存命中率

4.2. 内存

  • 内存原理:地址空间、虚拟内存、内存分配和回收、缓存和缓冲区、SWAP
  • 性能指标:系统内存使用量、进程内存使用量、缓存命中率、SWAP使用率
  • 性能剖析:free,top,sar,vmstat,cachestat,cachetop,memleak,proc文件系统
  • 调优方式:利用缓存和缓冲区、减少swap使用、减少动态内存分配、使用NUMA、限制进程内存资源、使用hugePage

4.3. 磁盘IO

  • 磁盘原理:磁盘管理、磁盘类型、磁盘接口、磁盘I/O栈
  • 性能指标:使用率、IOPS、吞吐量、IOWAIT
  • 性能剖析:dstat,sar,iostat,pidstat,iotop,iolatency,blktrace,fio,perf
  • 调优方法:系统调用、I/O资源控制、充分利用缓存、RAID、I/O隔离

4.4. 网络

  • 网络原理:网络配置、TCP/IP协议、网络收发流程、高级路由、网络QoS、网络防火墙、C10K和10M
  • 性能指标:吞吐量(BPS,QPS,PPS)、延迟、丢包、TCP重传
  • 性能剖析:ethtool,sar,ping,netstat/ss,ifstat,ifconfig,tcpdump,wireshark,iptables,traceroute,ipcontrack,perf
  • 调优方式:网卡调优(MTU,队列长度,链路聚合)、协议调优(HTTP、TCP、Overlay)、内核调参(NAT、功能卸载、负载均衡、DPDK)

4.5. 文件系统

  • 文件系统原理:虚拟文件系统、I/O栈、文件系统缓存、文件系统种类
  • 性能指标: 容量,IOPS,缓存命中率
  • 性能剖析: df,strace,vmstat,sar,perf
  • 调优方式: 文件系统选型、文件系统缓存、I/O隔离

5. 架构设计优化

  • 空间换时间:缓存、缓冲、数据冗余
  • 时间换空间:压缩传输、页面交换
  • 并发处理:多进程、多线程、分布式
  • 异步处理:异步I/O、消息队列、事件通知

6. Linux内核优化

  • 内核原理:内核态
  • 性能剖析:BPF、perf、proc文件系统、内核参数调优