Linux性能优化读书笔记01

查看系统cpu个数：
（1）grep 'model name' /proc/cpuinfo|wc -l

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（2）grep 'core id' /proc/cpuinfo|wc -l

性能工具的安装：
（1）centos：yum install -y stress sysstat

（2）ubuntu：apt install stress sysstat

实战
情景一：CPU密集型进程
（1）压测cpu：stress --cpu 1 --timeout 600

（2）查看系统平均负载的变化：watch -d uptime （-d 表示高亮显示变化的区域）

（3）查看系统cpu使用率的变化情况：mpstat -P ALL 5 （-P ALL 表示监控所有的cpu，后面的数字5表示间隔5秒输出一组数据）动态的输出

（4）查看系统进程使用cpu情况：pidstat -u 5 2 （-u表示每隔5秒输出一组数据，总共输出两次，并打印出平均数值）

情景二：I/O密集型进程
压测IO：stress --io 1 --timeout 600

过程如情景一
情景三：大量进程的场景
模拟8个进程：stress --cpu 8 --timeout 600

过程如情景一
情景四：查看系统上下文切换情况
查看上下文切换：vmstat 5（每隔5秒输出1组数据）
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（1）cs（context switch）就是每秒上下文切换的次数

（2）in（interrupt）每秒中断的次数

（3）r（running or runnable）表示就绪队列的长度，也就是正在运行和等待CPU的进程数

（4）b（blocked）表示处于不可中断睡眠状态的进程数

查看详细上下文切换的情况：pidstat -w 5（每隔5秒输出1组数据，动态的）
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（1）cswch表示每秒自愿上下文切换（voluntary context switches）的次数

（2）nvcswch表示每秒非自愿上下文切换（non voluntary context switches）的次数

上下文切换概念：
（1）自愿上下文切换：指进程无法获取所需资源，导致的上下文切换。比如，I/O，内存等系统资源不足时;

（2）非自愿上下文切换：指进程由于时间片已到等原因，被系统强制调度，进而发生的上下文切换。比如，大量进程都在争抢CPU时;

模拟多线程调度：
（1）centos：yum install -y sysbench

（2）ubuntu：apt install sysbench

测试：
（1）以10个线程运行5分钟的基准测试，模拟系统多线程切换的问题：sysbench --threads=10 --max-time=300 threads run

（2）观察上下文切换情况：vmstat 1

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（3）查看cpu和上下文切换的进程和线程情况：pidstat -w -u 1

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系统的就绪队列过长，也就是正在运行和等待cpu的进程数过多，导致大量的上下文切换，而上下文切换又导致了系统cpu的占用率升高。

（4）上图中pidstat 默认显示进程的指标数据，加上-t参数后，才会输出线程的指标。

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（5）查找源头，注意中断次数，是什么类型的中断上升呢：watch -d cat /proc/interrupts

会发现是RES（重调度中断），这个中断类型表示，唤醒空闲状态的CPU来调度新的任务运行。

情景五：查看CPU使用率
使用工具top和ps：
（1）top：显示系统总体的CPU和内存使用情况，以及各个进程的资源使用情况，默认每隔3秒刷新一次

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空白行之后是进程的实时信息，每个进程都有一个%CPU列，表示进程的CPU使用率。

它是用户态和内核态CPU使用率总和，包括进程用户空间使用的CPU、通过系统调用执行的内核空间CPU、以及在就绪队列等待运行的CPU。在虚拟化环境中，它还包括了运行虚拟机占用的CPU。

Top并没有细分进程的用户态CPU和内核态CPU，那么怎么查看每个进程的详细情况呢：pidstat 1 5（每隔1秒输出一组数据，共输出5组 ）

（2）ps：只显示每个进程的资源使用情况

CPU过高排查工具：想知道占用CPU的到底是代码里的哪个函数，找到它，才能更高效、更针对性地进行优化。
（1）GDB（the GNU Project Debugger）功能强大的程序调试利器，但不适合在性能分析的早期应用，因为GDB调试程序过程会中断程序运行，这在线上环境往往是不允许的。

（2）perf（Linux2.6.31以后内置的性能分析工具），它以性能事件采样为基础，不仅可以分析系统的各种事件和内核性能，还可以用来分析指定应用程序的性能问题。如系统没有，请安装：yum install -y perf

perf两种常见用法：
（1）perf top类似于top，它能够实时显示占用CPU时钟最多的函数或指令，因此可以用来查找热点函数，如下：

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第一行包含三个数据，分别是：采样数（Samples）、事件类型（event）和事件总数量（Event count）

另外注意：如果采样数过少（比如直有十几个），那下面的排序和百分比就没有什么实际参考价值了。

再往下看是一个表格式样的数据，每一行包含四列，分别是：

第一列Overhead，是该符号的性能事件在所有采样中的比例，用百分比来表示。

第二列Shared，是该函数或指令所在的动态共享对象（Dynamic Shared Object），如内核、进程名、动态链接库名、内核模块名等。

第三列Object，是动态共享对象的类型。比如[.]表示用户空间的可执行程序、或者动态链接库，而[k]则表示内核空间。

第四列Symbol是符号名，也就是函数名。当函数名未知时，用十六进制的地址来表示。

（2）perf record和perf report

perf top虽然实时展示了系统的性能信息，但它缺点是不能保存数据，也就是无法用于离线或者后续的分析。

perf record则提供了保存数据的功能，保存后的数据，需要用perf report解析展示。

实际工作中，我们还经常为perf top和perf record加上-g参数，开启调用关系的采样，方便我们根据调用链来分析性能问题。

比如：perf top -g -p 21515（-g开启调用关系分析，-p指定服务的进程号是21515）

HTTP服务性能测试工具：ab（apache bench）
比如：ab -c 10 -n 1000 http://192.168.246.191:80/（并发10个请求，总共测试1000个请求）

情景六：系统的CPU使用率很高，但是找不到高CPU的应用
pidstat -p 24344（指定PID是24344的进程）

Pstree 用树状形式显示所有进程之间的关系

grep stress -r app/ （-r目录递归）

execsnoop ：一个专门为段时进程设计的工具。它通过ftrace实时监控进程的exec()行为，并输出短时进程的基本信息，包括进程的PID、父进程PID、命令行参数以及执行的结果。

常规无法解释的CPU使用率情况，有可能是下面这两种情况：
（1）应用里直接调用了其他二进制程序，这些程序通常运行时间比较短，通过top等工具不容易发现；

（2）应用本身在不停地奔溃重启，而启动过程的资源初始化，很可能会占用相当多的CPU；

对于这类进程，我们可以用pstree或者execsnoop找到它们的父进程，再从父进程所在的应用入手，排查问题的根源。

注意⚠️：当碰到无法解释的CPU使用率问题时，先要检查下是不是短时应用在捣鬼！

情景七：系统中出现大量不可中断进程和僵尸进程怎么办（上）
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进程常见的五种状态：
（1）R 是 Running 或 Runnable 的缩写，表示进程在 CPU 的就绪队列中，正在运行或者正在等待运行。

（2）D 是 Disk Sleep 的缩写，也就是不可中断状态睡眠（Uninterruptible Sleep），一般表示进程正在跟硬件交互，并且交互过程不允许被其他进程或中断打断。

注意⚠️：进程长时间处于不可中断状态，通常表示系统有 I/O 性能问题。

（3）Z 是 Zombie 的缩写，如果你玩过“植物大战僵尸”这款，应该知道它的意思。它表示僵尸进程，也就是进程实际上已经结束了，但是父进程还没有回收它的资源（比如进程的描述符、PID 等）。

（4）S 是 Interruptible Sleep 的缩写，也就是可中断状态睡眠，表示进程因为等待某个事件而被系统挂起。当进程等待的事件发生时，它会被唤醒并进入 R 状态。

（5）I 是 Idle 的缩写，也就是空闲状态，用在不可中断睡眠的内核线程上。前面说了，硬件交互导致的不可中断进程用 D 表示，但对某些内核线程来说，它们有可能实际上并没有任何负载，用 Idle 正是为了区分这种情况。要注意，D 状态的进程会导致平均负载升高，I 状态的进程却不会。

进程不常见的两种状态：
（1）T 或者 t，也就是 Stopped 或 Traced 的缩写，表示进程处于暂停或者跟踪状态。

向一个进程发送 SIGSTOP 信号，它就会因响应这个信号变成暂停状态（Stopped）；再向它发送 SIGCONT 信号，进程又会恢复运行（如果进程是终端里直接启动的，则需要你用 fg 命令，恢复到前台运行）。

而当你用调试器（如 gdb）调试一个进程时，在使用断点中断进程后，进程就会变成跟踪状态，这其实也是一种特殊的暂停状态，只不过你可以用调试器来跟踪并按需要控制进程的运行。

（2）X，也就是 Dead 的缩写，表示进程已经消亡，所以你不会在top 或者 ps 命令中看到它。

注意⚠️：Ss+：S表示可中断睡眠状态，s表示这个进程是一个会话的领导进程，而+表示前台进程组。

进程组与会话：
它们是管理一组相互关联的进程，意思如下：

（1）进程组表示一组相互关联的进程，比如每个子进程都是父进程所在组的成员；

（2）会话是指共享同一个控制端的一个或多个进程组；

比如，我们通过 SSH 登录服务器，就会打开一个控制终端（TTY），这个控制终端就对应一个会话。而我们在终端中运行的命令以及它们的子进程，就构成了一个个的进程组，，其中，在后台运行的命令，构成后台进程组；在前台运行的命令，构成前台进程组。

安装dstat
（1）CentOS：yum install -y dstat

（2）Ubuntu：apt install dstat

这里dstat是一个新的性能工具，它吸收了vmstat、iostat、ifstat等几种工具的优点，可以同时观察系统的CPU、磁盘I/O、网络以及内存使用情况。

情景八：系统中出现大量不可中断进程和僵尸进程怎么办（下）
工具使用：
（1）dstat 1 10 （间隔1秒输出10组数据）

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（2）pidstat -d -p 4344 1 3 （-d 展示 I/O 统计数据，-p 指定进程号，间隔 1 秒输出 3 组数据）

（3）strace -p 6082 （-p指定进程号）

Strace最常用的跟踪进程系统调用的工具。

（4）perf record -g（终端运行十五分钟左右，再ctrl+c）

（5）perf report

僵尸进程的处理
要解决僵尸进程，就要找到它的根儿，也就是找出父进程，然后在父进程里解决。

（1）pstree -aps 3084（-a表示输出命令行选项，p表示PID，s表示指定进程的父进程）

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运行完，你会发现 3084 号进程的父进程是 4009，也就是 app 应用。

（2）接着查看 app 应用程序的代码，看看子进程结束的处理是否正确，比如有没有调用wait() 或 waitpid() ，抑或是，有没有注册 SIGCHLD 信号的处理函数。