Linux性能分析实战：一个优化故事

在今天的互联网时代，高可用性和高性能的需求已经成为了一个不可避免的趋势。而作为一个Linux运维工程师，我们需要及时地发现和解决系统中的性能问题，提高系统的稳定性和可靠性，为用户提供更好的服务。

以下是一个实际的优化故事，希望借此与大家分享一些实战经验和技巧。

故事背景：

一天，我们的网站用户反映网站响应速度变慢，导致用户体验变差。我们首先排查了服务器硬件方面的问题，确认硬件运行正常。然后我们使用top命令查看系统资源占用情况，发现负载过高，CPU占用率较高，且I/O等待时间较长。于是我们进一步使用vmstat命令、sar命令、iostat命令、netstat命令等进行系统性能监测和分析，得到了如下的数据：

vmstat输出结果

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 2  0      0 258640  62076 5601140    0    0  7042  3640  303  399 18  9 73  0  0
 1  0      0 258740  62076 5601140    0    0     0  3928  266  271  5  1 94  0  0
 2  0      0 258868  62076 5601148    0    0  1156  1916  308  376  2  1 98  0  0
 3  0      0 258720  62076 5601148    0    0     0  1772  243  308  4  2 94  0  0
 5  0      0 258632  62076 5601148    0    0     0  1580  242  303  4  2 94  0  0

sar输出结果

09:05:01 AM     all      2.65      0.00      7.34      0.01      0.00     89.01
09:15:01 AM     all      3.34      0.00      7.78      0.01      0.00     88.87
09:25:01 AM     all      3.80      0.00      8.12      0.01      0.00     88.07
09:35:01 AM     all      3.02      0.00      7.13      0.01      0.00     89.84
09:45:01 AM     all      2.97      0.00      6.95      0.01      0.00     90.07
09:55:01 AM     all      3.86      0.00      8.91      0.01      0.00     87.22
10:05:01 AM     all      4.03      0.00      9.22      0.02      0.00     86.73
10:15:01 AM     all      3.81      0.00      8.36      0.01      0.00     87.83
10:25:01 AM     all      2.99      0.00      6.95      0.01      0.00     90.05
10:35:01 AM     all      3.20      0.00      7.41      0.01      0.00     89.38

iostat输出结果

avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           4.54    0.00    0.90    1.96    0.00   92.60
Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
sda               1.02         0.00        28.74          0       9500
sdb               6.27         0.00       235.43          0      77628

netstat输出结果

Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State      
tcp        0      0 192.168.0.1:80          192.168.0.2:35741       ESTABLISHED
tcp        0      0 192.168.0.1:80          192.168.0.3:45508       TIME_WAIT   
tcp        0      0 192.168.0.1:80          192.168.0.4:54690       ESTABLISHED
tcp        0      0 192.168.0.1:80          192.168.0.5:45123       FIN_WAIT2   
tcp        0      0 192.168.0.1:80          192.168.0.6:39809       ESTABLISHED

根据上述数据，我们可以初步判断系统存在以下几个性能问题：

1. CPU占用率较高；
2. I/O等待时间较长；
3. 磁盘读写速度较慢；
4. 网络连接数较多。

接下来，我们需要进一步分析和解决这些问题。

解决方案：

1. 优化系统CPU性能

在这里可以考虑使用top命令查看进程占用情况，可以发现某些进程占用了较高的CPU，需要进行压测和优化。另外，我们可以使用sysstat工具包中的sar命令以及perf工具进行系统CPU性能分析。具体操作步骤如下：

$ sar -u 5

可以使用sar命令查看系统CPU使用情况，其中-u选项用于查看CPU使用情况。

$ perf top

可以使用perf工具查看系统CPU使用情况，其中top选项用于查看CPU使用情况。

2. 优化系统I/O性能

在这里我们可以考虑使用iostat命令来查看磁盘I/O使用情况，根据输出结果来选择使用一些file system tuning的调优技巧。另外，我们也可以考虑使用lsof命令来查看系统文件的打开情况，以便在必要时进行文件描述符的释放。

$ iostat -x 5

可以使用iostat命令查看系统I/O使用情况，其中-x选项用于查看磁盘的详细使用情况。

$ lsof -r5

可以使用lsof命令查看系统文件打开情况，其中-r选项用于持续监测。

3. 优化系统磁盘性能

在这里我们可以考虑使用hdparm命令来查看磁盘的速度和缓存情况，并根据输出结果选择相应的磁盘调优策略。另外，我们也可以使用vmstat命令来查看磁盘上的I/O情况，以便更好地优化系统磁盘性能。

$ hdparm -t /dev/sda

可以使用hdparm命令查看磁盘读写速度和缓存情况。

$ vmstat 5

可以使用vmstat命令查看系统I/O情况，其中5表示每5秒钟采样一次。

4. 优化系统网络性能

在这里我们可以考虑使用netstat命令来查看系统网络连接数，根据输出结果选择相应的TCP/IP调优策略。另外，我们也可以使用tcpdump命令来对网络流量进行抓包分析，以便更好地优化系统网络性能。

$ netstat -an | grep :80 | wc -l

可以使用netstat命令查看80端口的连接数。

$ tcpdump -i eth0 -w /tmp/tcpdump.pcap

可以使用tcpdump命令对eth0网卡上的网络流量进行抓包分析，-w选项用于指定输出文件名。

结论：

通过以上的系统性能分析和优化，我们成功地找到了系统中存在的性能问题，并选择了合适的调优措施进行优化。在实际生产环境中，我们还需要结合具体业务场景和用户需求，选择更加有效和合理的系统性能优化策略，提高系统的稳定性和可靠性。