性能调优

1. 性能调优方法论

1.1 USE 方法

对每个资源检查：

• Utilization（利用率）：资源忙碌的时间比例
• Saturation（饱和度）：资源排队等待的程度
• Errors（错误）：错误事件计数

1.2 性能分析流程

1. 定义性能目标
2. 建立基准（Baseline）
3. 识别瓶颈
4. 提出假设
5. 验证假设
6. 实施优化
7. 验证效果
8. 重复3-7

1.3 阿姆达尔定律

$S = \frac{1}{(1-f) + f/s}$

其中 $f$ 为可优化部分的比例，$s$ 为优化倍数。

2. CPU 性能分析

2.1 CPU 指标

2.2 分析工具

# CPU 使用概况
top -H -p <pid>        # 按线程查看
htop                    # 交互式

# CPU 火焰图
perf record -g -p <pid>
perf script | stackcollapse-perf.pl | flamegraph.pl > cpu.svg

# 系统调用追踪
strace -c -p <pid>     # 统计系统调用
strace -e trace=network -p <pid>  # 追踪网络调用

# 上下文切换分析
perf stat -e context-switches -p <pid>

2.3 CPU 优化策略

3. 内存性能分析

3.1 内存指标

# 内存使用
free -h
cat /proc/meminfo

# 详细信息
vmstat 1              # 每秒统计

# 进程内存
pmap -x <pid>         # 进程内存映射
smem -t -k            # 按进程排序

关键指标：

3.2 页缓存与脏页

# 查看脏页
cat /proc/meminfo | grep -i dirty

# 手动刷盘
sync

# 调整脏页阈值
sysctl vm.dirty_ratio=20              # 脏页占总内存20%时刷盘
sysctl vm.dirty_background_ratio=10   # 后台刷盘阈值

3.3 OOM 管理

# OOM 分数
cat /proc/<pid>/oom_score
cat /proc/<pid>/oom_score_adj

# 禁止 OOM Kill
echo -1000 > /proc/<pid>/oom_score_adj

# 查看 OOM 日志
dmesg | grep -i oom
journalctl -k | grep -i oom

3.4 内存优化

4. 磁盘 I/O 性能

4.1 I/O 指标

4.2 分析工具

# I/O 统计
iostat -xz 1          # 每秒统计
iotop                  # 按进程 I/O 排序

# I/O 延迟分析
biolatency             # eBPF 块 I/O 延迟直方图
biosnoop               # 每次 I/O 追踪

# 文件系统追踪
ext4slower            # eBPF 追踪慢 ext4 操作

4.3 I/O 调度器

# 查看当前调度器
cat /sys/block/sda/queue/scheduler

# 修改调度器
echo deadline > /sys/block/sda/queue/scheduler

5. 网络性能

5.1 网络指标

5.2 分析工具

# 连接统计
ss -s                  # 连接概览
ss -tnp                # TCP 连接详情

# 网络统计
sar -n DEV 1           # 网卡流量
sar -n TCP,ETCP 1      # TCP 统计

# 延迟测试
ping -c 10 target
mtr target             # 路由追踪+延迟

# 带宽测试
iperf3 -s              # 服务端
iperf3 -c server       # 客户端

# TCP 追踪
tcplife                # eBPF TCP 连接生命周期
tcpretrans             # eBPF TCP 重传

5.3 内核参数优化

# TCP 缓冲区
sysctl net.core.rmem_max=16777216
sysctl net.core.wmem_max=16777216
sysctl net.ipv4.tcp_rmem='4096 87380 16777216'
sysctl net.ipv4.tcp_wmem='4096 65536 16777216'

# 连接队列
sysctl net.core.somaxconn=65535
sysctl net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=65535

# TIME_WAIT 优化
sysctl net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
sysctl net.ipv4.tcp_fin_timeout=15

# 保活
sysctl net.ipv4.tcp_keepalive_time=600
sysctl net.ipv4.tcp_keepalive_intvl=30
sysctl net.ipv4.tcp_keepalive_probes=3

6. 应用性能

6.1 性能剖析（Profiling）

6.2 连接池优化

$\text{最优连接数} \approx \text{CPU核心数} \times (1 + \frac{\text{等待时间}}{\text{计算时间}})$

6.3 缓存策略

7. 压力测试

7.1 压测工具

7.2 wrk 使用

# 基本压测
wrk -t4 -c100 -d30s http://target/

# 延迟分布
wrk -t4 -c100 -d30s --latency http://target/

# 自定义脚本
wrk -t4 -c100 -d30s -s post.lua http://target/

7.3 性能基准