线上问题排查-Linux 性能观测篇.pdf

Linux性能观测是系统管理员、架构师和开发人员需要掌握的重要技能，尤其在多任务操作系统环境中，理解Linux性能观测的各种指标和概念可以帮助我们更好地管理和优化系统性能。以下是对提供的文件内容进行知识点的详细解析： 1. CPU与进程管理概念： - 平均负载：指单位时间内系统处于可运行状态（CPU使用中）和不可中断状态（等待I/O响应）的平均进程数。平均负载提供了系统在一段时间内工作量的度量，而不仅仅是CPU的使用率。 - 进程状态：Linux进程有多种状态，包括R（运行中或就绪）、D（不可中断睡眠）、Z（僵尸进程）、S（可中断睡眠）、I（空闲）、T（暂停）、t（跟踪）和X（挂掉，不在top和ps命令中显示）。 - 进程上下文切换：在多任务操作系统中，上下文切换指的是任务切换时保存和恢复CPU的寄存器和程序计数器等信息的过程。这分为自愿上下文切换和非自愿上下文切换。 2. CPU使用率： - CPU使用率是指除空闲时间外的CPU运行时间占总CPU时间的百分比。高CPU使用率并不一定对应于特定的高负载进程，因为CPU使用率包括用户态和内核态的运行、中断处理、等待I/O以及内核线程等。 - CPU使用率分类：包括用户态CPU使用率（%usr）、内核态CPU使用率（%system）、运行虚拟机CPU使用率（%guest）、等待CPU使用率（%wait）、空闲CPU使用率（idle%，不包括等待I/O的时间）、硬中断、软中断、虚拟机窃取以及总的CPU使用率（%CPU）。 3. 系统调用与内核调度： - 系统调用：用户空间通过系统调用进入内核态以访问硬件资源如I/O设备。内核拥有Ring0特权等级，用户空间拥有Ring3特权等级。 - C标准库与系统调用：C标准库提供的是在用户空间运行的函数封装，而系统调用是与内核交互的接口。 - 运行队列（RunQueue）：每个CPU维护一个运行队列，CPU子系统处于高负荷意味着内核调度无法及时响应系统请求，导致可运行状态的进程在运行队列中阻塞。 4. 内存管理： - Linux的内存管理复杂，涉及交换空间（swap）和虚拟内存系统，这些都需要在理解性能观测时考虑。 5. 网络性能观测： - 网络I/O是性能观测的重要组成部分，包括网络吞吐量、丢包率、网络连接状态等。网络性能可能由多方面因素影响，包括硬件、网络协议栈配置、网络I/O模式等。 6. TCP/IP协议栈观测： - TCP/IP协议栈是互联网通信的基础，包括传输层、网络层、数据链路层和物理层。性能问题可能与协议栈配置不当、网络拥塞控制、路由问题等有关。 7. 性能调优： - 性能调优是一个持续的过程，需要根据观测到的系统表现来调整系统参数，包括但不限于CPU调度器参数、内存分配策略、I/O调度策略等。 8. 架构师和面试： - 了解以上概念对于架构师来说是基本功，也是高端面试中的加分项。掌握这些知识有助于架构师更好地解决实际问题，提升职业竞争力。 总结来说，Linux性能观测需要系统管理员和架构师对操作系统的内核机制有深入的理解，并且熟悉性能分析工具的使用，如top, vmstat, iostat, mpstat等。这些工具能够提供关于CPU、内存、I/O和网络等方面的详细性能数据。通过这些数据的分析，可以定位系统的瓶颈，并对系统进行相应的优化和调整。