Linux性能优化实战学习笔记：第五十七讲

1、上节回顾

上一节，我带你一块儿梳理了常见的性能优化思路，先简单回顾一下。咱们能够从系统和应用程序两个角度，来进行性能优化。

1. 从系统的角度来讲，主要是对 CPU、内存、网络、磁盘 I/O 以及内核软件资源等进行优化。
2. 而从应用程序的角度来讲，主要是简化代码、下降 CPU 使用、减小网络请求和磁盘 I/O，并借助缓存、异步处理、多进程和多线程等，提升应用程序的吞吐能力。

性能优化最好逐步完善，动态进行。不要追求一步到位，而要首先保证能知足当前的性能要求。

性能优化一般意味着复杂度的提高，也意味着可维护性的下降。

若是你发现单机的性能调优带来太高复杂度，必定不要沉迷于单机的极限性能，而要从软件架构的角度，以水平扩展的方法来提高性能。

工欲善其事，必先利其器。咱们知道，在性能分析和优化时，借助合适的性能工具，可让整个过程事半功倍。你还记得有哪些经常使用的性能工具吗？今天，我就带你一块儿梳理一下经常使用的性能工具，以便你在须要时，能够迅速找到本身想要的。

2、性能工具速查

在梳理性能工具以前，首先给你提一个问题，那就是，在什么状况下，咱们才须要去查找、挑选性能工具呢？你能够先本身想一下，再继续下面的内容。

其实在我看来，只有当你想了解某个性能指标，殊不知道该怎么办的时候，才会想到，“要是有一个性能工具速查表就行了”这个问题。若是已知一个性能工具可用，咱们更多会去查看这个工
具的手册，找出它的功能、用法以及注意事项。

关于工具手册的查看，man 应该是咱们最熟悉的方法，我在专栏中屡次介绍过。实际上，除了man 以外，还有另一个查询命令手册的方法，也就是 info。

info 能够理解为 man 的详细版本，提供了诸如节点跳转等更强大的功能。相对来讲，man 的输出比较简洁，而 info 的输出更详细。因此，咱们一般使用 man 来查询工具的使用方法，只有在
man 的输出不太好理解时，才会再去参考 info 文档。

固然，我说过了，要查询手册，前提必定是已知哪一个工具可用。若是你还不知道要用哪一个工具，就要根据想了解的指标，去查找有哪些工具可用。这其中：

1. 有些工具不须要额外安装，就能够直接使用，好比内核的 /proc 文件系统；
2. 而有些工具，则须要安装额外的软件包，好比 sar、pidstat、iostat 等。

因此，在选择性能工具时，除了要考虑性能指标这个目的外，还要结合待分析的环境来综合考虑。好比，实际环境是否容许安装软件包，是否须要新的内核版本等。

明白了工具选择的基本原则后，咱们来看 Linux 的性能工具。首先仍是要推荐下面这张图，也就是 Brendan Gregg 整理的性能工具谱图。我在专栏中屡次提到过，你确定也已经参考过。

这张图从 Linux 内核的各个子系统出发，汇总了对各个子系统进行性能分析时，你能够选择的工具。不过，虽然这个图是性能分析最好的参考资料之一，它其实还不够具体。

好比，当你须要查看某个性能指标时，这张图里对应的子系统部分，可能有多个性能工具可供选择。但实际上，并不是全部这些工具都适用，具体要用哪一个，还须要你去查找每一个工具的手册，对
比分析作出选择。

那么，有没有更好的方法来理解这些工具呢？ 个人建议，仍是从性能指标出发，根据性能指标的不一样，将性能工具划分为不一样类型。好比，最多见的就是能够根据 CPU、内存、磁盘 I/O 以及网
络的各种性能指标，将这些工具进行分类。

接下来，我就从 CPU、内存、磁盘 I/O 以及网络等几个角度，梳理这些常见的 Linux 性能工具，特别是从性能指标的角度出发，理清楚到底有哪些工具，能够用来监测特定的性能指标。这些工
具，实际上贯穿在咱们专栏各模块的各个案例中。为了方便你查看，我将它们都整理成了表格，并增长了每一个工具的使用场景。

3、CPU 性能工具

首先，从 CPU 的角度来讲，主要的性能指标就是 CPU 的使用率、上下文切换以及 CPU Cache 的命中率等。下面这张图就列出了常见的 CPU 性能指标。

从这些指标出发，再把 CPU 使用率，划分为系统和进程两个维度，咱们就能够获得，下面这个CPU 性能工具速查表。注意，由于每种性能指标均可能对应多种工具，我在每一个指标的说明中，
都帮你总结了这些工具的特色和注意事项。这些也是你须要特别关注的地方。

4、内存性能工具

接着咱们来看内存方面。从内存的角度来讲，主要的性能指标，就是系统内存的分配和使用、进程内存的分配和使用以及 SWAP 的用量。下面这张图列出了常见的内存性能指标。

从这些指标出发，咱们就能够获得以下表所示的内存性能工具速查表。同 CPU 性能工具同样，这儿我也帮你梳理了，常见工具的特色和注意事项。

注：最后一行 pcstat 的源码连接为 https://github.com/tobert/pcstat

5、磁盘 I/O 性能工具

接下来，从文件系统和磁盘 I/O 的角度来讲，主要性能指标，就是文件系统的使用、缓存和缓冲区的使用，以及磁盘 I/O 的使用率、吞吐量和延迟等。下面这张图列出了常见的 I/O 性能指标。

 

从这些指标出发，咱们就能够获得，下面这个文件系统和磁盘 I/O 性能工具速查表。同 CPU 和内存性能工具同样，我也梳理出了这些工具的特色和注意事项

6、网络性能工具

最后，从网络的角度来讲，主要性能指标就是吞吐量、响应时间、链接数、丢包数等。根据TCP/IP 网络协议栈的原理，咱们能够把这些性能指标，进一步细化为每层协议的具体指标。这里
我一样用一张图，分别从链路层、网络层、传输层和应用层，列出了各层的主要指标。

从这些指标出发，咱们就能够获得下面的网络性能工具速查表。一样的，我也帮你梳理了各类工具的特色和注意事项。

7、基准测试工具

除了性能分析外，不少时候，咱们还须要对系统性能进行基准测试。好比，

在文件系统和磁盘 I/O 模块中，咱们使用 fio 工具，测试了磁盘 I/O 的性能。在网络模块中，咱们使用 iperf、pktgen 等，测试了网络的性能。
而在不少基于 Nginx 的案例中，咱们则使用 ab、wrk 等，测试 Nginx 应用的性能。

除了专栏里介绍过的这些工具外，对于 Linux 的各个子系统来讲，还有不少其余的基准测试工具可能会用到。下面这张图，是 Brendan Gregg 整理的 Linux 基准测试工具图谱，你能够保存下
来，在须要时参考。

8、小结

今天，咱们一块儿梳理了常见的性能工具，并从 CPU、内存、文件系统和磁盘 I/O、网络以及基准测试等不一样的角度，汇总了各种性能指标所对应的性能工具速查表。

当分析性能问题时，大的来讲，主要有这么两个步骤：

1. 第一步，从性能瓶颈出发，根据系统和应用程序的运行原理，确认待分析的性能指标。
2. 第二步，根据这些图表，选出最合适的性能工具，而后了解并使用工具，从而更快观测到须要的性能数据。

虽然 Linux 的性能指标和性能工具都比较多，但熟悉了各指标含义后，你天然就会发现这些工具同性能指标间的关联。顺着这个思路往下走，掌握这些工具的选用其实并不难。

固然，正如我们专栏一直强调的，不要把性能工具当成性能分析和优化的所有。

1. 一方面，性能分析和优化的核心，是对系统和应用程序运行原理的掌握，而性能工具只是辅助你更快完成这个过程的帮手。
2. 另外一方面，完善的监控系统，能够提供绝大部分性能分析所需的基准数据。从这些数据中，你极可能就能大体定位出性能瓶颈，也就不用再去手动执行各种工具了。