Linux系统性能调优

一、调优前准备：明确目标与定位瓶颈

1. 核心监控工具（定位瓶颈必备）

2. 瓶颈判断依据（快速定位方向）

• CPU 瓶颈：top中sy（内核态）或us（用户态）持续 > 80%，wa（I/O 等待）低，上下文切换（cs）频繁（如 > 10000 次 / 秒）。
• 内存瓶颈：free中available内存持续 < 10%，vmstat中si（换入）、so（换出）频繁（非零），缓存（cache）被大量回收。
• 磁盘 I/O 瓶颈：iostat -x 1中%util（设备繁忙度）持续 > 90%，avgqu-sz（队列长度）>2，await（平均 I/O 等待）>20ms。
• 网络瓶颈：ifstat中网卡吞吐量接近硬件上限，ss -s中TCP: drops（丢包）非零，ping延迟高或tcpdump抓包显示大量重传。

二、核心子系统调优方案

1. CPU 调优：减少调度开销与资源争抢

（1）进程调度策略调整

• SCHED_FIFO/SCHED_RR：实时调度策略，优先于普通进程（适用于对延迟敏感的服务，如工业控制）。
• SCHED_OTHER：普通调度策略（默认），通过nice值（-20~19，值越小优先级越高）调整优先级。

renice -n -10 1234

（2）CPU 亲和性（CPU Affinity）

taskset -cp 0,1 1234
# 永久生效：启动时绑定（如MySQL），在systemd服务文件中添加
ExecStart=/usr/sbin/mysqld --cpuset-cpus=0-1

（3）中断均衡优化

1. 启动 irqbalance 服务（自动均衡中断）：
   systemctl start irqbalance && systemctl enable irqbalance
   

2. 手动绑定网卡中断（如 eth0）到 CPU 2：
   # 1. 查看eth0的中断号（假设为123）
   cat /proc/interrupts | grep eth0
   # 2. 绑定中断123到CPU 2（掩码0b100，即十六进制0x4）
   echo 0x4 > /proc/irq/123/smp_affinity
   

2. 内存调优：减少 swap 依赖与优化缓存

（1）调整 swappiness 参数

• 值越高，内核越倾向于使用 swap（默认 60）；
• 值越低，内核优先使用物理内存（内存充足时建议设为 10~20，避免 swap 延迟）。

1. 临时生效：
   sysctl -w vm.swappiness=10
   

2. 永久生效（修改/etc/sysctl.conf）：
   echo "vm.swappiness=10" >> /etc/sysctl.conf
   sysctl -p  # 加载配置
   

（2）大页内存（HugePages）优化

1. 计算所需大页数量（如需要 10GB 大页：10*1024MB / 2MB = 5120）：
   echo "vm.nr_hugepages=5120" >> /etc/sysctl.conf
   sysctl -p
   

2. 验证大页配置：
   grep HugePages_Total /proc/meminfo  # 应显示5120
   

3. 应用使用大页（如 MySQL）：
   在my.cnf中添加：
   innodb_hugepages=1
   

（3）缓存清理（谨慎操作）

# 清理页缓存
echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches
# 清理页缓存+目录项缓存
echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches
# 清理所有缓存
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches

3. 磁盘 I/O 调优：提升读写效率与减少等待

（1）选择合适的 I/O 调度器

• 机械硬盘（HDD）：推荐mq-deadline（多队列 deadline，优化顺序读写，减少磁头移动）；
• 固态硬盘（SSD）：推荐none（noop，无调度，直接转发请求，因 SSD 无磁头延迟）。

1. 查看当前调度器（以 /dev/sda 为例）：
   cat /sys/block/sda/queue/scheduler
   

2. 临时设置调度器为mq-deadline：
   echo mq-deadline > /sys/block/sda/queue/scheduler
   

3. 永久生效（修改/etc/udev/rules.d/60-scheduler.rules）：
   # HDD配置
   SUBSYSTEM=="block", ENV{ID_SERIAL}=="你的硬盘序列号", ENV{QUEUE_SCHEDULER}="mq-deadline"
   # SSD配置
   SUBSYSTEM=="block", ENV{ID_SERIAL}=="你的SSD序列号", ENV{QUEUE_SCHEDULER}="none"
   

（2）文件系统与挂载参数优化

• 文件系统选择：
  • 大文件 / 高 I/O 场景（如日志、数据库）：推荐XFS（支持更大容量，并发读写性能优于 ext4）；
  • 普通场景：ext4（兼容性好，稳定性高）。
• 挂载参数优化：
  关键参数减少磁盘写操作（如noatime不记录文件访问时间），提升效率：
  # 编辑/etc/fstab，给/dev/sda1（XFS）添加参数
  /dev/sda1 /data xfs defaults,noatime,nodiratime,discard 0 0
  # 重新挂载生效
  mount -o remount /data
  

  参数说明：

  • noatime：不记录文件访问时间（减少写操作）；
  • nodiratime：不记录目录访问时间；
  • discard：启用 TRIM（SSD 专用，释放无用块，避免性能下降）。

（3）磁盘分区对齐与 RAID 配置

• 分区对齐：SSD 和 RAID 需对齐（通常按 4KB 或 2MB 对齐），否则会导致 “双倍 I/O”，可用parted工具分区时指定align-check optimal 1验证。
• RAID 级别选择：
  • 读写均衡（如数据库）：RAID 10（镜像 + 条带，性能高、可靠性高，需至少 4 块盘）；
  • 读多写少（如 Web 静态资源）：RAID 5（条带 + 奇偶校验，容量利用率高，需至少 3 块盘）。

4. 网络调优：提升并发与吞吐量

（1）TCP 连接队列优化

# 1. 半连接队列最大长度（默认128，高并发场景设为4096）
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=4096
# 2. 全连接队列最大长度（需与应用监听队列配合，如Nginx的backlog）
net.core.somaxconn=4096
# 3. 启用SYN Cookie（应对SYN洪水攻击，同时缓解半连接队列压力）
net.ipv4.tcp_syncookies=1

（2）TCP 连接回收与超时优化

# 1. TIME_WAIT状态连接的回收时间（默认60s，设为30s）
net.ipv4.tcp_fin_timeout=30
# 2. 启用TIME_WAIT连接复用（高并发场景推荐开启）
net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
# 3. 最大TIME_WAIT连接数（默认180000，根据内存调整）
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets=50000
# 4. TCP连接超时重传次数（默认5次，设为3次减少无效等待）
net.ipv4.tcp_syn_retries=3

（3）TCP 滑动窗口与吞吐量优化

# 1. 启用TCP窗口缩放（支持更大窗口，默认开启）
net.ipv4.tcp_window_scaling=1
# 2. 设置TCP接收缓冲区（min/default/max，单位字节）
net.ipv4.tcp_rmem=4096 87380 67108864
# 3. 设置TCP发送缓冲区（min/default/max，单位字节）
net.ipv4.tcp_wmem=4096 65536 67108864
# 4. 启用TCP拥塞控制算法（BBR算法适合高带宽延迟网络，需内核4.9+）
net.ipv4.tcp_congestion_control=bbr

（4）网卡多队列（RSS）优化

1. 查看网卡是否支持多队列（以 eth0 为例）：
   ethtool -l eth0  # 查看"Combined queues"数量
   

2. 启用多队列（如设置为 4 个队列）：
   ethtool -L eth0 combined 4
   

3. 配合irqbalance服务自动分配中断，或手动绑定中断到不同 CPU。

三、系统参数与资源限制调优

1. 文件描述符限制（高并发必备）

1. 临时生效（当前 Shell）：
   ulimit -n 65535  # 单个进程最大文件描述符数
   ulimit -u 65535  # 单个用户最大进程数
   

2. 永久生效（全局配置）：
   编辑/etc/security/limits.conf，添加：
   * soft nofile 65535  # 软限制（警告阈值）
   * hard nofile 65535  # 硬限制（不可超过）
   * soft nproc  65535
   * hard nproc  65535
   

3. 对 systemd 管理的服务生效（如 Nginx）：
   编辑服务文件（/usr/lib/systemd/system/nginx.service），添加：
   [Service]
   LimitNOFILE=65535
   LimitNPROC=65535
   

   
   重新加载配置：

   systemctl daemon-reload && systemctl restart nginx
   

2. 内核参数持久化

# 保存当前sysctl配置到文件
sysctl -a > /etc/sysctl.d/custom.conf
# 加载配置
sysctl --system

四、应用层面优化（关键！系统调优是基础）

1. Web 服务器（Nginx 为例）

# 1. 工作进程数=CPU核心数（充分利用多核）
worker_processes auto;
# 2. 每个工作进程的最大连接数（结合文件描述符限制）
worker_connections 10240;
# 3. 启用epoll事件模型（高并发场景优于select/poll）
use epoll;
# 4. 关闭不必要的模块（如SSL、gzip，未使用时禁用）
# 5. 开启连接复用（keepalive）
keepalive_timeout 60;
keepalive_requests 100;

2. 数据库（MySQL 为例）

# 1. InnoDB缓冲区（物理内存的50%~70%，减少磁盘I/O）
innodb_buffer_pool_size=8G
# 2. 并发连接数（根据业务调整，避免连接过多导致内存溢出）
max_connections=2000
# 3. 慢查询日志（定位低效SQL，优化查询性能）
slow_query_log=1
slow_query_log_file=/var/log/mysql/slow.log
long_query_time=2
# 4. 禁用不必要的日志（如binlog未用于主从同步时关闭）
# log_bin=OFF

3. 应用代码优化

• 减少不必要的系统调用（如频繁open/close文件，改为批量操作）；
• 避免内存泄漏（如 Java 应用通过 JVM 参数-Xms/-Xmx限制堆大小，定期分析堆快照）；
• 优化数据结构（如高频查询用哈希表替代数组，减少遍历耗时）。

五、调优流程与注意事项

1. 标准调优流程

1. 定目标：明确性能指标（如 QPS 从 1000 提升到 2000，延迟从 100ms 降至 50ms）；
2. 查瓶颈：用监控工具采集调优前的基准数据（CPU、内存、I/O、网络）；
3. 改配置：针对瓶颈调整 1~2 个参数（避免同时改多个参数，无法定位效果）；
4. 验效果：重启服务 / 加载配置后，对比监控数据是否达到目标；
5. 迭代优化：若未达标，重复 “查瓶颈→改配置→验效果”，直至满足需求。

2. 注意事项

• 备份配置：修改任何配置前（如sysctl.conf、nginx.conf），先备份原文件（如cp /etc/sysctl.conf /etc/sysctl.conf.bak）；
• 避免盲目调优：参数并非 “越大越好”（如max_connections过大会导致 MySQL 内存溢出），需理解参数含义；
• 结合业务场景：高并发 Web 服务（优化网络、文件描述符）与数据库服务（优化内存、磁盘 I/O）的调重点不同；
• 监控长期效果：调优后需持续监控（如用 Prometheus+Grafana），避免负载变化导致新瓶颈。

总结