Linux性能优化

CPU

系统层面的一些优化手段：

一些分析诊断工具

平均负载

平均负载是指单位时间内，系统处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数，也就是平均活跃进程数，和 CPU 使用率并没有直接关系

在只有 2 个 CPU 的系统上，平均负载为 2 代表所有的 CPU 都刚好被完全占用，大量 IO 会导致平均负载变高，但 CPU 使用率却不一定高

top 命令展示的三个值，分别为 1 分钟、5 分钟、15 分钟内的平均负载

上下文切换

vmstat 可以查看系统整体上下文切换情况：

pidstat 则可以查看单个进程的上下文切换情况，cswch ，表示每秒自愿上下文切换（voluntary context switches）的次数，另一个则是 nvcswch ，表示每秒非自愿上下文切换（non voluntary context switches）的次数

中断处理也需要上下文切换，可以通过 /proc/interrupts 查看中断最多的类型

CPU使用率

通过 top 可以查看 CPU 在不同场景下的运行时间：

为了在具体进程找到占用 CPU 时钟最多的函数或者指令，可以通过 perf top 查看函数名或函数地址

软中断

Linux 将中断处理过程分成了两个阶段，也就是上半部和下半部：

网卡接收到数据包后，会通过硬件中断的方式通知内核有新的数据到了 对上半部来说，既然是快速处理，其实就是要把网卡的数据读到内存中，然后更新一下硬件寄存器的状态（表示数据已经读好了），最后再发送一个软中断信号，通知下半部做进一步的处理 下半部被软中断信号唤醒后，需要从内存中找到网络数据，再按照网络协议栈，对数据进行逐层解析和处理，直到把它送给应用程序

上半部会打断 CPU 正在执行的任务，然后立即执行中断处理程序。而下半部以内核线程的方式执行，并且每个 CPU 都对应一个软中断内核线程，名字为 “ksoftirqd/CPU 编号”

当软中断事件的频率过高时，内核线程也会因为 CPU 使用率过高而导致软中断处理不及时，进而引发网络收发延迟、调度缓慢等性能问题

内存

通过 free 可以查看整体内存使用情况：

通过 top 查看具体进程的内存情况：

分配与回收

malloc()

对小块内存（小于 128K），C 标准库使用 brk() 来分配，也就是通过移动堆顶的位置来分配内存。这些内存释放后并不会立刻归还系统，而是被缓存起来，这样就可以重复使用，brk() 方式的缓存，可以减少缺页异常的发生，提高内存访问效率

而大块内存（大于 128K），则直接使用内存映射 mmap() 来分配，也就是在文件映射段找一块空闲内存分配出去

当进程通过 malloc() 申请内存后，内存并不会立即分配，而是在首次访问时，才通过缺页异常陷入内核中分配内存

buff/cache

buff 是对磁盘读写数据的缓存，而 cache 是对文件读写数据的缓存

在读写普通文件时，会经过文件系统，由文件系统负责与磁盘交互；而读写磁盘或者分区时，就会跳过文件系统，也就是所谓的裸I/O

swap

swap 是一种虚拟内存交换到磁盘的机制

有一个专门的内核线程用来定期回收内存，也就是 kswapd0

kswapd0 定义了三个内存阈值：页最小阈值（pages_min）、页低阈值（pages_low）和页高阈值（pages_high）

NUMA 下，多个处理器被划分到不同 Node 上，且每个 Node 都拥有自己的本地内存空间，每个 Node 会有自己的 swap

Linux 提供了一个 /proc/sys/vm/swappiness 选项，用来调整使用 Swap 的积极程度：swappiness 的范围是 0-100，数值越大，越积极使用 Swap，也就是更倾向于回收匿名页；数值越小，越消极使用 Swap，也就是更倾向于回收文件页