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57 | 套路篇：Linux 性能工具速查

57 | 套路篇：Linux 性能工具速查-极客时间

57 | 套路篇：Linux 性能工具速查

2019-04-08 倪朋飞 来自北京
《Linux性能优化实战》
课程介绍

讲述：冯永吉

时长08:50大小8.07M

你好，我是倪朋飞。
上一节，我带你一起梳理了常见的性能优化思路，先简单回顾一下。
我们可以从系统和应用程序两个角度，来进行性能优化。
从系统的角度来说，主要是对 CPU、内存、网络、磁盘 I/O 以及内核软件资源等进行优化。
而从应用程序的角度来说，主要是简化代码、降低 CPU 使用、减少网络请求和磁盘 I/O，并借助缓存、异步处理、多进程和多线程等，提高应用程序的吞吐能力。
性能优化最好逐步完善，动态进行。不要追求一步到位，而要首先保证能满足当前的性能要求。性能优化通常意味着复杂度的提升，也意味着可维护性的降低。
如果你发现单机的性能调优带来过高复杂度，一定不要沉迷于单机的极限性能，而要从软件架构的角度，以水平扩展的方法来提升性能。
工欲善其事，必先利其器。我们知道，在性能分析和优化时，借助合适的性能工具，可以让整个过程事半功倍。你还记得有哪些常用的性能工具吗？今天，我就带你一起梳理一下常用的性能工具，以便你在需要时，可以迅速找到自己想要的。

性能工具速查

在梳理性能工具之前，首先给你提一个问题，那就是，在什么情况下，我们才需要去查找、挑选性能工具呢？你可以先自己想一下，再继续下面的内容。
其实在我看来，只有当你想了解某个性能指标，却不知道该怎么办的时候，才会想到，“要是有一个性能工具速查表就好了”这个问题。如果已知一个性能工具可用，我们更多会去查看这个工具的手册，找出它的功能、用法以及注意事项。
关于工具手册的查看，man 应该是我们最熟悉的方法，我在专栏中多次介绍过。实际上，除了 man 之外，还有另外一个查询命令手册的方法，也就是 info。
info 可以理解为 man 的详细版本，提供了诸如节点跳转等更强大的功能。相对来说，man 的输出比较简洁，而 info 的输出更详细。所以，我们通常使用 man 来查询工具的使用方法，只有在 man 的输出不太好理解时，才会再去参考 info 文档。
当然，我说过了，要查询手册，前提一定是已知哪个工具可用。如果你还不知道要用哪个工具，就要根据想了解的指标，去查找有哪些工具可用。这其中：
有些工具不需要额外安装，就可以直接使用，比如内核的 /proc 文件系统；
而有些工具，则需要安装额外的软件包，比如 sar、pidstat、iostat 等。
所以，在选择性能工具时，除了要考虑性能指标这个目的外，还要结合待分析的环境来综合考虑。比如，实际环境是否允许安装软件包，是否需要新的内核版本等。
明白了工具选择的基本原则后，我们来看 Linux 的性能工具。首先还是要推荐下面这张图，也就是 Brendan Gregg 整理的性能工具谱图。我在专栏中多次提到过，你肯定也已经参考过。
（图片来自 brendangregg.com）
这张图从 Linux 内核的各个子系统出发，汇总了对各个子系统进行性能分析时，你可以选择的工具。不过，虽然这个图是性能分析最好的参考资料之一，它其实还不够具体。
比如，当你需要查看某个性能指标时，这张图里对应的子系统部分，可能有多个性能工具可供选择。但实际上，并非所有这些工具都适用，具体要用哪个，还需要你去查找每个工具的手册，对比分析做出选择。
那么，有没有更好的方法来理解这些工具呢？我的建议，还是从性能指标出发，根据性能指标的不同，将性能工具划分为不同类型。比如，最常见的就是可以根据 CPU、内存、磁盘 I/O 以及网络的各类性能指标，将这些工具进行分类。
接下来，我就从 CPU、内存、磁盘 I/O 以及网络等几个角度，梳理这些常见的 Linux 性能工具，特别是从性能指标的角度出发，理清楚到底有哪些工具，可以用来监测特定的性能指标。这些工具，实际上贯穿在我们专栏各模块的各个案例中。为了方便你查看，我将它们都整理成了表格，并增加了每个工具的使用场景。

CPU 性能工具

首先，从 CPU 的角度来说，主要的性能指标就是 CPU 的使用率、上下文切换以及 CPU Cache 的命中率等。下面这张图就列出了常见的 CPU 性能指标。
从这些指标出发，再把 CPU 使用率，划分为系统和进程两个维度，我们就可以得到，下面这个 CPU 性能工具速查表。注意，因为每种性能指标都可能对应多种工具，我在每个指标的说明中，都帮你总结了这些工具的特点和注意事项。这些也是你需要特别关注的地方。

内存性能工具

接着我们来看内存方面。从内存的角度来说，主要的性能指标，就是系统内存的分配和使用、进程内存的分配和使用以及 SWAP 的用量。下面这张图列出了常见的内存性能指标。
从这些指标出发，我们就可以得到如下表所示的内存性能工具速查表。同 CPU 性能工具一样，这儿我也帮你梳理了，常见工具的特点和注意事项。
注：最后一行 pcstat 的源码链接为 https://github.com/tobert/pcstat

磁盘 I/O 性能工具

接下来，从文件系统和磁盘 I/O 的角度来说，主要性能指标，就是文件系统的使用、缓存和缓冲区的使用，以及磁盘 I/O 的使用率、吞吐量和延迟等。下面这张图列出了常见的 I/O 性能指标。
从这些指标出发，我们就可以得到，下面这个文件系统和磁盘 I/O 性能工具速查表。同 CPU 和内存性能工具一样，我也梳理出了这些工具的特点和注意事项。

网络性能工具

最后，从网络的角度来说，主要性能指标就是吞吐量、响应时间、连接数、丢包数等。根据 TCP/IP 网络协议栈的原理，我们可以把这些性能指标，进一步细化为每层协议的具体指标。这里我同样用一张图，分别从链路层、网络层、传输层和应用层，列出了各层的主要指标。
从这些指标出发，我们就可以得到下面的网络性能工具速查表。同样的，我也帮你梳理了各种工具的特点和注意事项。

基准测试工具

除了性能分析外，很多时候，我们还需要对系统性能进行基准测试。比如，
在文件系统和磁盘 I/O 模块中，我们使用 fio 工具，测试了磁盘 I/O 的性能。
在网络模块中，我们使用 iperf、pktgen 等，测试了网络的性能。
而在很多基于 Nginx 的案例中，我们则使用 ab、wrk 等，测试 Nginx 应用的性能。
除了专栏里介绍过的这些工具外，对于 Linux 的各个子系统来说，还有很多其他的基准测试工具可能会用到。下面这张图，是 Brendan Gregg 整理的 Linux 基准测试工具图谱，你可以保存下来，在需要时参考。
（图片来自 brendangregg.com）

小结

今天，我们一起梳理了常见的性能工具，并从 CPU、内存、文件系统和磁盘 I/O、网络以及基准测试等不同的角度，汇总了各类性能指标所对应的性能工具速查表。
当分析性能问题时，大的来说，主要有这么两个步骤：
第一步，从性能瓶颈出发，根据系统和应用程序的运行原理，确认待分析的性能指标。
第二步，根据这些图表，选出最合适的性能工具，然后了解并使用工具，从而更快观测到需要的性能数据。
虽然 Linux 的性能指标和性能工具都比较多，但熟悉了各指标含义后，你自然就会发现这些工具同性能指标间的关联。顺着这个思路往下走，掌握这些工具的选用其实并不难。
当然，正如咱们专栏一直强调的，不要把性能工具当成性能分析和优化的全部。
一方面，性能分析和优化的核心，是对系统和应用程序运行原理的掌握，而性能工具只是辅助你更快完成这个过程的帮手。
另一方面，完善的监控系统，可以提供绝大部分性能分析所需的基准数据。从这些数据中，你很可能就能大致定位出性能瓶颈，也就不用再去手动执行各类工具了。

思考

最后，我想邀请你一起来聊聊，你都使用过哪些性能工具。你通常是怎么选择性能工具的？又是如何想到要用这些性能工具，来排查和分析性能问题的？你可以结合我的讲述，总结自己的思路。
欢迎在留言区和我讨论，也欢迎你把这篇文章分享给你的同事、朋友。我们一起在实战中演练，在交流中进步。
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 写留言

精选留言(13)

  • J.Smile
    2020-08-21
    思考： ⭐问题，办法，工具的关系——问题是人一生中唯一的事。解决问题的办法有很多，办法使用到的工具������️也有很多。 ⭐转化——核心技术，是一种重要的工具，行之有效的工具，少了这个核心工具就做不成事情，此时的工具就转化为办法。 ⭐技术，是一种工具，不要误以为是办法。只有当除此技术就无法解决问题的时候，技术工具才是办法本身，比如ai,大数据只是解决问题的办法，tensorflow,spark等是解决问题的工具。 ⭐工具，似乎不可能唯一。当解决问题的办法出现后，工具也趋向多元化。所以，似乎办法比工具重要的多。 ⭐办法，也就是方法，解决问题的思路，步骤。需要理解问题的结构、细节，进而采取措施。兵来将挡，水来土掩。所以，关键就是知道兵将关系，水土关系，理解问题，剖析问题是根本。 ⭐问题，是程序bug？运营问题？管理问题？一个问题的出现可能由多方因素。 那么作为技术人员，能拿技术解决什么问题？解决问题，才能收货利益。比如朝九晚五写bug，夜以继日搞私活。解决的问题都不是痛点，或者并不是太痛。 ⭐痛点，有多痛，就有多大价值，就可以带来多大收益。要体现自我价值，就得解决痛点。谁解决了痛点，谁就是有价值的人。但痛点本身与技术无关。 一句话：抓住痛点(方向)，剖析原理(方法)，用好工具(利剑)。 -----拿着’利剑‘用正确的’方法‘挥向正确的’方向‘--------------------
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    12
  • Linuxer
    2019-04-08
    有一个问题请教，很多时候工具有了，但是对于指标是否在合理范围好像没有明确的标准，都是经验式的

    作者回复: 嗯 这确实是经验式的，没有绝对的指标，不同应用不同场景都不太一样。不过USE法的这些指标都比较直观，可以优先查看

    共 3 条评论
    8
  • 大坏狐狸
    2019-04-15
    我看到nethogs的时候去尝试理解一下，结果v0.8.0 会有如下错误：creating socket failed while establishing local IP - are you root? 即使是root用户去执行。看网上说v0.8.1 解决了这个问题。所以就下载了8.5版本。 wget -c https://github.com/raboof/nethogs/archive/v0.8.5.tar.gz tar xf v0.8.5.tar.gz cd ./nethogs-0.8.5/ sudo apt-get install libncurses5-dev libpcap-dev make && sudo make install
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    作者回复: 👍 谢谢分享

    4
  • hola
    2019-04-08
    可以做一期dtrace的讲解吗？感觉这个工具很厉害，但是挺复杂的

    作者回复: dtrace在linux上无法使用，其实我也不熟。官方网站上有个很详细的文档，可以去看看

    4
  • jorin@zou
    2020-06-09
    是我学的太快了吗，怎么越学到后面，评论越少了，得放慢脚步
    共 2 条评论
    2
  • Roy
    2020-07-16
    Linux什么时候有跑分软件?象安兔兔

    作者回复: 这个不了解😓 不过如果针对具体性能指标，都有很多相关的性能评测工具，我们专栏里面也提到不少

    1
  • ninuxer
    2019-04-08
    打卡day61 这工具，还是要经常用，感觉用各个模块的套路篇，来的更快点～
    1
  • Jiyong
    2021-05-26
    请教老师，有哪些限制cpu 内存等资源使用率的工具。谢谢啊
  • Akon
    2020-10-20
    大佬，有没有块设备稳定性测试的例子（比如iozone、fio这样的工具，以及制作或眼图的方法）
  • youbuxiaoer
    2020-07-20
    老师，工作中遇到内存占用较高，通过meminfo确认是匿名页占用较多内存，请问匿名页内存是如何产生的？如何释放？

    作者回复: 请参考我们专栏第19篇

    共 2 条评论
  • 柏森森
    2019-10-18
    请教一个问题,我在系统中使用find /query/tmp -type f -min +1 -exec rm -rf {} \; 用来删除文件发现这个脚本占用的资源特别多，CPU可以占用到20-30%,但系统不断地有交易上来，导致了性能的下降。系统/query/tmp中主要是小文件，请教下有没有好办法可以进行更高效，更快速地删除？另外，find工作的原理是什么
    共 3 条评论
  • 陳先森
    2019-05-07
    原理大致清楚，但是工具不是太熟悉···还是得多练，概念性的东西当时记住了后面又容易忘，知识还是要温故而知新···还是要多看几遍，多敲几遍才记得住。慢慢的干货
  • 我来也
    2019-04-08
    [D57打卡] 对性能分析的原理,比之前了解的多多了. 工具还是要经常用才行,不用就容易忘记. 有时用man还可以想起一点点来. 今天又把这些指标和工具又温习了一遍,以后也要常拿出来温习才行. 毕竟目前的主要工作还不是性能分析这一块.
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