Linux 系统性能调优的全面指南

以下是 Linux 系统性能调优的全面指南，涵盖 CPU、内存、磁盘 I/O、网络、服务配置 等核心方向，附带具体命令和实战案例：

一、CPU 性能调优

1. 监控 CPU 使用

# 实时查看 CPU 占用（按 q 退出）
top

# 查看进程级 CPU 占用（按 q 退出）
htop

# 统计 CPU 使用分布（1 秒间隔，输出 5 次）
mpstat 1 5

2. 高 CPU 占用的常见原因

• 恶意进程：定位并终止非法进程。

# 找到 CPU 占用最高的进程
ps aux --sort=-%cpu | head -n 3

# 终止进程（PID 替换为实际值）
kill -9 PID

• CPU 频率限制：检查是否因 CPU 调频导致性能下降。

# 查看当前 CPU 频率
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_cur_freq

# 永久启用高性能模式（需 root 权限）
echo "performance" | sudo tee /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor

3. 优化建议

• 减少不必要的后台进程：检查 systemd 服务，禁用闲置服务。

systemctl list-unit-files --state=enabled | grep -v "^disable"
sudo systemctl disable <service-name>

• 使用更轻量的编译选项：重新编译程序时添加 -O2 或 -Os 优化标志。
• 多核并行处理：对 CPU 密集型任务使用 GNU Parallel 分发负载。

parallel --jobs 4 ./process_data.sh ::: file1.txt file2.txt file3.txt

二、内存性能调优

1. 监控内存使用

# 查看实时内存状态（按 q 退出）
free -h

# 查看进程内存占用（按 q 退出）
htop

# 统计内存使用趋势（1 秒间隔，输出 5 次）
vmstat 1 5

2. 高内存占用的常见原因

• 内存泄漏：排查持续增长的内存进程。

# 监控内存增长最快的进程
ps aux --sort=-rss | head -n 3

• 交换分区（Swap）频繁使用：物理内存不足导致磁盘 I/O 压力增大。

# 查看 Swap 使用率
free -h

3. 优化建议

• 增加物理内存：若长期 Swap 使用率高，优先升级硬件。
• 调整 Swap 分区大小：临时扩容 Swap（重启后失效）：

# 增加 Swap 空间（例如新增 2GB）
sudo dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1G count=2
sudo mkswap /swapfile
sudo swapon /swapfile

• 优化程序内存分配：使用 jemalloc 或 tcmalloc 替代默认内存分配器。

# 编译时链接 jemalloc
./configure --with-jemalloc
make && sudo make install

三、磁盘 I/O 性能调优

1. 监控磁盘 I/O

# 查看实时磁盘 I/O（按 q 退出）
iotop

# 统计磁盘使用率（1 秒间隔，输出 5 次）
iostat -dx 1 5

# 查看文件系统详细信息
fsstat 1 5

2. 高 I/O 压力的常见原因

• 频繁的大文件读写：数据库、日志写入等场景。
• 磁盘碎片化：文件分散在多个区块，导致读取效率下降。

3. 优化建议

• 使用 SSD 替代 HDD：SSD 的随机读写性能远超 HDD。
• 调整文件系统参数：
• Ext4：启用 noatime 和 nodiratime 减少元数据访问。
bash sudo mount -o remount,noatime,nodiratime /dev/sda1 /
• XFS：针对大文件场景优化。
• 数据分片与缓存：使用 Redis 或 Memcached 缓存高频访问数据。
• 异步 I/O：在数据库配置中启用异步写入（如 MySQL 的 innodb_flush_log_at_trx_commit=2）。

四、网络性能调优

1. 监控网络状态

# 查看实时网络流量（按 q 退出）
nload -m eth0

# 统计网络接口详细信息（1 秒间隔，输出 5 次）
iftop -i eth0

# 查看 TCP 连接状态
netstat -antp | grep ESTABLISHED

2. 高网络负载的常见原因

• 大量长连接：Web 服务器未及时关闭空闲连接。
• 网络带宽瓶颈：跨地域数据传输延迟高。

3. 优化建议

• 调整 TCP 参数：

# 修改 /etc/sysctl.conf
net.core.somaxconn = 65535      # 最大等待连接队列
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30   # 快速关闭空闲连接
sysctl -p                   # 生效配置

• 启用流量整形：使用 tc 工具限制带宽或优先级。

# 限制 eth0 接口带宽为 100Mbps
sudo tc qdisc add dev eth0 root tbf rate 100mbit latency 50ms burst 1540kb

• 升级网络硬件：使用多网卡绑定（bonding）或 10Gbps 以上接口。

五、文件系统调优

1. 选择合适的文件系统

2. 优化 NTFS/Samba 共享

# 在 /etc/samba/smb.conf 中添加
socket options = TCP_NODELAY IPTOS_LOWDELAY
min protocol = SMB2
max protocol = SMB3

六、服务配置调优

1. Web 服务器（Nginx/Apache）

• Nginx：调整工作进程和连接数。

worker_processes auto;
worker_connections 4096;

• Apache：启用 KeepAlive 减少连接开销。

KeepAlive On
KeepAliveTimeout 5
MaxKeepAliveRequests 100

2. 数据库（MySQL/MongoDB）

• MySQL：配置 InnoDB 缓冲池大小。

[mysqld]
innodb_buffer_pool_size = 70% of total RAM

• MongoDB：启用 WiredTiger 存储引擎并调整缓存。

storage:
  engine: wiredTiger
  wiredTiger:
    cacheSizeGB: 16

七、内核参数调优

1. 关键参数示例（/etc/sysctl.conf）

# 增加文件描述符限制
fs.file-max = 65535

# 优化虚拟内存
vm.swappiness = 10        # 减少 Swap 使用倾向
vm.dirty_ratio = 20       # 延迟刷盘频率
vm.dirty_background_ratio = 5

# 加速网络响应
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_syn_retries2 = 3

2. 加载配置

sudo sysctl -p

八、自动化监控工具

1. Prometheus + Grafana：实时监控 CPU、内存、磁盘等指标。
2. Datadog：集成日志分析和报警功能。
3. Bash 脚本：自定义监控任务（如 check_disk_space.sh）。

九、实战案例：Web 服务器性能瓶颈排查

1. 症状：HTTP 请求延迟高，CPU 使用率低。
2. 排查步骤：
   • top 发现内存占用正常。
   • iotop 发现磁盘 I/O 等待时间长。
   • fsstat 确认是 /var/www/html 目录读写频繁。
   • 优化策略：将静态资源迁移到 CDN，并启用 opcache 缓存 PHP 文件。

十、注意事项

• 备份配置：修改 /etc/sysctl.conf 或服务配置前备份。
• 逐步测试：每次调整后观察效果，避免一次性改动过多参数。
• 硬件限制：当 CPU 占用 < 50% 且内存剩余 > 50% 时，可能是磁盘或网络瓶颈。

通过以上方法，可系统性地定位和解决 Linux 性能问题。 🚀