Linux 服务器性能出问题，排查下这些参数指标

1.1 top

1.2 vmstat

r 表示可运行进程数目，数据大致相符；而b表示的是 uninterruptible 睡眠的进程数目；swpd 表示使用到的虚拟内存数量，跟 top-Swap-used 的数值是一个含义，而如手册所说，通常情况下 buffers 数目要比 cached Mem 小的多，buffers 一般20M这么个数量级；io 域的 bi、bo 表明每秒钟向磁盘接收和发送的块数目(blocks/s)；system 域的 in 表明每秒钟的系统中断数(包括时钟中断)，cs表明因为进程切换导致上下文切换的数目。

说到这里，想到以前很多人纠结编译 linux kernel 的时候 -j 参数究竟是 CPU Core 还是 CPU Core+1？通过上面修改 -j 参数值编译 boost 和 linux kernel 的同时开启 vmstat 监控，发现两种情况下 context switch 基本没有变化，且也只有显著增加 -j 值后 context switch 才会有显著的增加，看来不必过于纠结这个参数了，虽然具体编译时间长度我还没有测试。资料说如果不是在系统启动或者 benchmark 的状态，参数 context switch>100000 程序肯定有问题。

1.3 pidstat

如果想对某个进程进行全面具体的追踪，没有什么比 pidstat 更合适的了——栈空间、缺页情况、主被动切换等信息尽收眼底。这个命令最有用的参数是-t，可以将进程中各个线程的详细信息罗列出来。

-r： 显示缺页错误和内存使用状况，缺页错误是程序需要访问映射在虚拟内存空间中但是还尚未被加载到物理内存中的一个分页，缺页错误两个主要类型是

-s：栈使用状况，包括 StkSize 为线程保留的栈空间，以及 StkRef 实际使用的栈空间。使用ulimit -s发现CentOS 6.x上面默认栈空间是10240K，而 CentOS 7.x、Ubuntu系列默认栈空间大小为8196K

1.4 其他

while :do ps -eo user,pid,ni,pri,pcpu,psr,comm | grep 'ailawd'sleep 1done

2.1 iostat

3.1 netstat

➜ ~ netstat -antp #列出所有TCP的连接

➜ ~ netstat -nltp #列出本地所有TCP侦听套接字，不要加-a参数

3.2 sar

3.3 tcpdump

我们一起学习了文件系统和磁盘 I/O 的工作原理，以及相应的性能分析和优化方法。接下来，我们将进入下一个重要模块—— Linux 的网络子系统。

由于网络处理的流程最复杂，跟我们前面讲到的进程调度、中断处理、内存管理以及 I/O 等都密不可分，所以，我把网络模块作为最后一个资源模块来讲解。

同 CPU、内存以及 I/O 一样，网络也是 Linux 系统最核心的功能。网络是一种把不同计算机或网络设备连接到一起的技术，它本质上是一种进程间通信方式，特别是跨系统的进程间通信，必须要通过网络才能进行。随着高并发、分布式、云计算、微服务等技术的普及，网络的性能也变得越来越重要。

说到网络，我想你肯定经常提起七层负载均衡、四层负载均衡，或者三层设备、二层设备等等。那么，这里说的二层、三层、四层、七层又都是什么意思呢？

实际上，这些层都来自国际标准化组织制定的开放式系统互联通信参考模型（Open System Interconnection Reference Model），简称为 OSI 网络模型。

但是 OSI 模型还是太复杂了，也没能提供一个可实现的方法。所以，在 Linux 中，我们实际上使用的是另一个更实用的四层模型，即 TCP/IP 网络模型。

TCP/IP 模型，把网络互联的框架分为应用层、传输层、网络层、网络接口层等四层，其中，

为了帮你更形象理解 TCP/IP 与 OSI 模型的关系，我画了一张图，如下所示：

当然了，虽说 Linux 实际按照 TCP/IP 模型，实现了网络协议栈，但在平时的学习交流中，我们习惯上还是用 OSI 七层模型来描述。比如，说到七层和四层负载均衡，对应的分别是 OSI 模型中的应用层和传输层（而它们对应到 TCP/IP 模型中，实际上是四层和三层）。

OSI引入了服务、接口、协议、分层的概念，TCP/IP借鉴了OSI的这些概念建立TCP/IP模型。

OSI先有模型，后有协议，先有标准，后进行实践；而TCP/IP则相反，先有协议和应用再提出了模型，且是参照的OSI模型。

OSI是一种理论下的模型，而TCP/IP已被广泛使用，成为网络互联事实上的标准。

有了 TCP/IP 模型后，在进行网络传输时，数据包就会按照协议栈，对上一层发来的数据进行逐层处理；然后封装上该层的协议头，再发送给下一层。

当然，网络包在每一层的处理逻辑，都取决于各层采用的网络协议。比如在应用层，一个提供 REST API 的应用，可以使用 HTTP 协议，把它需要传输的 JSON 数据封装到 HTTP 协议中，然后向下传递给 TCP 层。

而封装做的事情就很简单了，只是在原来的负载前后，增加固定格式的元数据，原始的负载数据并不会被修改。

比如，以通过 TCP 协议通信的网络包为例，通过下面这张图，我们可以看到，应用程序数据在每个层的封装格式。

这些新增的头部和尾部，增加了网络包的大小，但我们都知道，物理链路中并不能传输任意大小的数据包。网络接口配置的最大传输单元（MTU），就规定了最大的 IP 包大小。在我们最常用的以太网中，MTU 默认值是 1500（这也是 Linux 的默认值）。

一旦网络包超过 MTU 的大小，就会在网络层分片，以保证分片后的 IP 包不大于 MTU 值。显然，MTU 越大，需要的分包也就越少，自然，网络吞吐能力就越好。

理解了 TCP/IP 网络模型和网络包的封装原理后，你很容易能想到，Linux 内核中的网络栈，其实也类似于 TCP/IP 的四层结构。如下图所示，就是 Linux 通用 IP 网络栈的示意图：

我们从上到下来看这个网络栈，你可以发现，

这里我简单说一下网卡。网卡是发送和接收网络包的基本设备。在系统启动过程中，网卡通过内核中的网卡驱动程序注册到系统中。而在网络收发过程中，内核通过中断跟网卡进行交互。

再结合前面提到的 Linux 网络栈，可以看出，网络包的处理非常复杂。所以，网卡硬中断只处理最核心的网卡数据读取或发送，而协议栈中的大部分逻辑，都会放到软中断中处理。

我们先来看网络包的接收流程。

当一个网络帧到达网卡后，网卡会通过 DMA 方式，把这个网络包放到收包队列中；然后通过硬中断，告诉中断处理程序已经收到了网络包。

接着，网卡中断处理程序会为网络帧分配内核数据结构（sk_buff），并将其拷贝到 sk_buff 缓冲区中；然后再通过软中断，通知内核收到了新的网络帧。

接下来，内核协议栈从缓冲区中取出网络帧，并通过网络协议栈，从下到上逐层处理这个网络帧。比如，

最后，应用程序就可以使用 Socket 接口，读取到新接收到的数据了。

为了更清晰表示这个流程，我画了一张图，这张图的左半部分表示接收流程，而图中的粉色箭头则表示网络包的处理路径。

了解网络包的接收流程后，就很容易理解网络包的发送流程。网络包的发送流程就是上图的右半部分，很容易发现，网络包的发送方向，正好跟接收方向相反。

首先，应用程序调用 Socket API（比如 sendmsg）发送网络包。

由于这是一个系统调用，所以会陷入到内核态的套接字层中。套接字层会把数据包放到 Socket 发送缓冲区中。

接下来，网络协议栈从 Socket 发送缓冲区中，取出数据包；再按照 TCP/IP 栈，从上到下逐层处理。比如，传输层和网络层，分别为其增加 TCP 头和 IP 头，执行路由查找确认下一跳的 IP，并按照 MTU 大小进行分片。

分片后的网络包，再送到网络接口层，进行物理地址寻址，以找到下一跳的 MAC 地址。然后添加帧头和帧尾，放到发包队列中。这一切完成后，会有软中断通知驱动程序：发包队列中有新的网络帧需要发送。

最后，驱动程序通过 DMA ，从发包队列中读出网络帧，并通过物理网卡把它发送出去。

多台服务器通过网卡、交换机、路由器等网络设备连接到一起，构成了相互连接的网络。由于网络设备的异构性和网络协议的复杂性，国际标准化组织定义了一个七层的 OSI 网络模型，但是这个模型过于复杂，实际工作中的事实标准，是更为实用的 TCP/IP 模型。

TCP/IP 模型，把网络互联的框架，分为应用层、传输层、网络层、网络接口层等四层，这也是 Linux 网络栈最核心的构成部分。

我结合网络上查阅的资料和文章中的内容，总结了下网卡收发报文的过程，不知道是否正确：

当发送数据包时，与上述相反。链路层将数据包封装完毕后，放入网卡的DMA缓冲区，并调用系统硬中断，通知网卡从缓冲区读取并发送数据。

了解 Linux 网络的基本原理和收发流程后，你肯定迫不及待想知道，如何去观察网络的性能情况。具体而言，哪些指标可以用来衡量 Linux 的网络性能呢？

实际上，我们通常用带宽、吞吐量、延时、PPS（Packet Per Second）等指标衡量网络的性能。

除了这些指标，网络的可用性（网络能否正常通信）、并发连接数（TCP 连接数量）、丢包率（丢包百分比）、重传率（重新传输的网络包比例）等也是常用的性能指标。

分析网络问题的第一步，通常是查看网络接口的配置和状态。你可以使用 ifconfig 或者 ip 命令，来查看网络的配置。我个人更推荐使用 ip 工具，因为它提供了更丰富的功能和更易用的接口。

以网络接口 eth0 为例，你可以运行下面的两个命令，查看它的配置和状态：

你可以看到，ifconfig 和 ip 命令输出的指标基本相同，只是显示格式略微不同。比如，它们都包括了网络接口的状态标志、MTU 大小、IP、子网、MAC 地址以及网络包收发的统计信息。

第一，网络接口的状态标志。ifconfig 输出中的 RUNNING ，或 ip 输出中的 LOWER_UP ，都表示物理网络是连通的，即网卡已经连接到了交换机或者路由器中。如果你看不到它们，通常表示网线被拔掉了。

第二，MTU 的大小。MTU 默认大小是 1500，根据网络架构的不同（比如是否使用了 VXLAN 等叠加网络），你可能需要调大或者调小 MTU 的数值。

第三，网络接口的 IP 地址、子网以及 MAC 地址。这些都是保障网络功能正常工作所必需的，你需要确保配置正确。

第四，网络收发的字节数、包数、错误数以及丢包情况，特别是 TX 和 RX 部分的 errors、dropped、overruns、carrier 以及 collisions 等指标不为 0 时，通常表示出现了网络 I/O 问题。其中：

ifconfig 和 ip 只显示了网络接口收发数据包的统计信息，但在实际的性能问题中，网络协议栈中的统计信息，我们也必须关注。你可以用 netstat 或者 ss ，来查看套接字、网络栈、网络接口以及路由表的信息。

我个人更推荐，使用 ss 来查询网络的连接信息，因为它比 netstat 提供了更好的性能（速度更快）。

比如，你可以执行下面的命令，查询套接字信息：

netstat 和 ss 的输出也是类似的，都展示了套接字的状态、接收队列、发送队列、本地地址、远端地址、进程 PID 和进程名称等。

其中，接收队列（Recv-Q）和发送队列（Send-Q）需要你特别关注，它们通常应该是 0。当你发现它们不是 0 时，说明有网络包的堆积发生。当然还要注意，在不同套接字状态下，它们的含义不同。

当套接字处于连接状态（Established）时，

当套接字处于监听状态（Listening）时，

所谓全连接，是指服务器收到了客户端的 ACK，完成了 TCP 三次握手，然后就会把这个连接挪到全连接队列中。这些全连接中的套接字，还需要被 accept() 系统调用取走，服务器才可以开始真正处理客户端的请求。

与全连接队列相对应的，还有一个半连接队列。所谓半连接是指还没有完成 TCP 三次握手的连接，连接只进行了一半。服务器收到了客户端的 SYN 包后，就会把这个连接放到半连接队列中，然后再向客户端发送 SYN+ACK 包。

类似的，使用 netstat 或 ss ，也可以查看协议栈的信息：

这些协议栈的统计信息都很直观。ss 只显示已经连接、关闭、孤儿套接字等简要统计，而 netstat 则提供的是更详细的网络协议栈信息。

比如，上面 netstat 的输出示例，就展示了 TCP 协议的主动连接、被动连接、失败重试、发送和接收的分段数量等各种信息。

接下来，我们再来看看，如何查看系统当前的网络吞吐量和 PPS。在这里，我推荐使用我们的老朋友 sar，在前面的 CPU、内存和 I/O 模块中，我们已经多次用到它。

给 sar 增加 -n 参数就可以查看网络的统计信息，比如网络接口（DEV）、网络接口错误（EDEV）、TCP、UDP、ICMP 等等。执行下面的命令，你就可以得到网络接口统计信息：

这儿输出的指标比较多，我来简单解释下它们的含义。

其中，Bandwidth 可以用 ethtool 来查询，它的单位通常是 Gb/s 或者 Mb/s，不过注意这里小写字母 b ，表示比特而不是字节。我们通常提到的千兆网卡、万兆网卡等，单位也都是比特。如下你可以看到，我的 eth0 网卡就是一个千兆网卡：

其中，Bandwidth 可以用 ethtool 来查询，它的单位通常是 Gb/s 或者 Mb/s，不过注意这里小写字母 b ，表示比特而不是字节。我们通常提到的千兆网卡、万兆网卡等，单位也都是比特。如下你可以看到，我的 eth0 网卡就是一个千兆网卡：

我们通常使用带宽、吞吐量、延时等指标，来衡量网络的性能；相应的，你可以用 ifconfig、netstat、ss、sar、ping 等工具，来查看这些网络的性能指标。

小狗同学问到： 老师，您好 ss —lntp 这个 当session处于listening中 rec-q 确定是 syn的backlog吗？

A: Recv-Q为全连接队列当前使用了多少。 中文资料里这个问题讲得最明白的文章： https://mp.weixin.qq.com/s/yH3PzGEFopbpA-jw4MythQ

看了源码发现，这个地方讲的有问题.关于ss输出中listen状态套接字的Recv-Q表示全连接队列当前使用了多少,也就是全连接队列的当前长度,而Send-Q表示全连接队列的最大长度

负载(load)是linux机器的一个重要指标，直观了反应了机器当前的状态。

来看下负载的定义是怎样的：

In UNIX computing, the system load is a measure of the amount of computational work that a computer system performs. The load average represents the average system load over a period of time. It conventionally appears in the form of three numbers which represent the system load during the last one-, five-, and fifteen-minute periods.（wikipedia）

Unix refers to this as the run-queue length: the sum of the number of processes that are currently running plus the number that are waiting (queued) to run.

Free memory is the amount of memory which is currently not used for anything. This number should be small, because memory which is not used is simply wasted.

Available memory is the amount of memory which is available for allocation to a new process or to existing processes。

df

查看磁盘使用情况，通常看磁盘大小和inode使用率：

磁盘性能分析

r/s 和 w/s：每秒磁盘读写的次数。这两个值相加就是 tps。

rkB/s 和 wkB/s：每秒磁盘读写的数据量。

avgrq-sz：平均每次读写磁盘扇区的大小。

avgqu-sze：平均 IO 队列长度。队列长度越短越好。

await：平均每次磁盘读写的等待时间（ms）。

svctm：平均每次磁盘读写的服务时间（ms）。

%util：一秒钟有百分之多少的时间用于磁盘读写 *** 作。

1）%util：衡量 IO 的繁忙程度

这个值越大，说明产生的 IO 请求较多，IO 压力较大，

我们可以结合 %idle 参数来看，如果 %idle <70% 就说明 IO 比较繁忙了。

2）await：衡量 IO 的响应速度

通俗理解，await 就像我们去医院看病排队等待的时间，

这个值和医生的服务速度（svctm）和你前面排队的人数（avgqu-size）有关。

如果 svctm 和 await 接近，说明磁盘 IO 响应时间较快，排队较少，

如果 await 远大于 svctm，说明此时队列太长，响应较慢，

这时可以考虑换性能更好的磁盘。

带宽：表示链路的最大传输速率，单位通常为 b/s （比特 / 秒）

延时：表示从网络请求发出后，一直到收到远端响应，所需要的时间延迟

在不同场景中，这一指标可能会有不同含义

比如，它可以表示，建立连接需要的时间（比如 TCP握手延时）

或一个数据包往返所需的时间（比如 RTT）

PPS：是 Packet Per Second（包 / 秒）的缩写，表示以网络包为单位的传输速率�丢包率：丢包百分比

重传率：重新传输的网络包比例

连接数状态：TCP 各状态连接数量

TIME_WAIT状态存在有两个原因。

第一个是防止来自一个连接的延迟段被误解为后续连接的一部分。

连接处于2MSL等待状态时到达的所有流量都将被丢弃。

该TIME_WAIT状态的第二个原因是

可靠地实现TCP的全双工连接终止。

如果最后的ACK被丢弃，那么端点2将重新发送最后的FIN

单机最大连接数理论限制

系统用一个4四元组来唯一标识一个TCP连接： �{local ip, local port, remote ip, remote port}。 �

因此本地端口个数最大只有65536，端口0有特殊含义，不能使用，

这样可用端口最多只有65535，

所以在全部作为client端的情况下，

最大tcp连接数为65535，这些连接可以连到不同的server ip

1、系统最大打开文件数

sys.fs.files.max//系统最大文件句柄数

/proc/sys/fs/file-max

2、单进程最大文件描述符

echo 2000000 >/proc/sys/fs/nr_open

sysctl -w fs.nr_open=100000000

3、某个用户下的某个进程的文件打开数

ulimit –n [num]

ulimit -n unlimited

/etc/security/limits.conf

worker soft nofile 102400

worker hard nofile 409600

linux内核通过进程标识值(process identification value)-PID来标示进程，

PID是一个数，类型位pid_t, 实际上就是int类型

查看

可以使用cat /proc/sys/kernel/pid_max来查看系统中可创建的进程数实际值

修改

1、ulimit -u 65535

2、我们在Linux还需要设置内核参数kernel.pid_maxsysctl -w kernel.pid_max=65535

---