第 27 章：性能调优

这是《Linux 零基础实战指南》的独立章节版。本章从概念、实操和生产排查三个视角展开，代码块保留了原书可直接运行的版本。 性能调优不是复制参数，而是定义目标、建立基线、定位瓶颈、验证收益和控制风险。一次合格的优化必须有前后指标、适用条件和回滚方案。

27.1 调优流程

1. 定义指标和目标
2. 采集基线
3. 定位瓶颈
4. 提出假设
5. 测试环境验证
6. 小流量上线
7. 对比指标
8. 固化配置
9. 持续监控

目标示例：

P99 从 800ms 降到 300ms
单机支持 QPS 从 2000 到 3000
磁盘 await 从 40ms 降到 10ms
错误率不超过 0.1%

27.2 容量评估

峰值 QPS
  -> 单实例容量
     -> 实例数
        -> 冗余系数

需要考虑：

推荐保留 20% 到 30% 的余量，具体按业务风险决定。

27.3 CPU 优化

定位：

pidstat -u 1
top -H -p <pid>
perf record -F 99 -g -p <pid> -- sleep 30

方向：

1. 优化算法和热点代码；
2. 减少锁竞争；
3. 调整线程数；
4. 使用异步和非阻塞 IO；
5. 增加缓存；
6. 削峰限流；
7. 扩容。

容器：

cat /sys/fs/cgroup/<path>/cpu.stat

如果 throttled 增长，应提高 limit 或降低实例流量，而不是只改应用参数。

27.4 内存优化

定位：

free -h
vmstat 1
pidstat -r 1
ps -eo pid,rss,cmd --sort=-rss | head

方向：

1. 调整应用堆和缓存上限；
2. 修复泄漏；
3. 减少大对象；
4. 控制并发；
5. 使用流式处理；
6. 扩容内存；
7. 增加水位告警。

Java 容器示例：

java -XX:MaxRAMPercentage=65.0 -jar app.jar

剩余内存要留给元空间、线程栈、直接内存、页缓存和系统。

27.5 IO 优化

定位：

iostat -xz 1
pidstat -d 1
cat /proc/<pid>/io

方向：

参数必须在真实 workload 下验证：

cat /sys/block/vdb/queue/scheduler
cat /sys/block/vdb/queue/read_ahead_kb

27.6 网络优化

定位：

ss -ti
nstat -az | grep -Ei 'retrans|drop|overflow'
ethtool -S eth0

方向：

1. 减少短连接；
2. 使用连接池；
3. 开启 keepalive；
4. 增大 backlog；
5. 修复丢包；
6. 调整缓冲区；
7. 优化协议和序列化；
8. 扩容带宽。

监听队列：

sysctl net.core.somaxconn
sysctl net.ipv4.tcp_max_syn_backlog

应用自身 backlog 也必须同步设置。

27.7 内核参数管理

查看：

sysctl -a

配置：

/etc/sysctl.d/99-app.conf

应用：

sudo sysctl --system

示例方向：

net.core.somaxconn = 65535
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65535
net.core.netdev_max_backlog = 16384

每个参数要写注释说明来源、适用条件、验证指标和回滚方式。

27.8 限流与隔离

在线服务：

核心接口
  -> 独立资源

离线任务
  -> 低优先级
  -> 独立时段
  -> IO / CPU 限制

systemd：

[Service]
CPUWeight=50
IOWeight=50
Nice=10
CPUQuota=50%

Kubernetes 使用 requests / limits、PriorityClass 和 dedicated node 隔离。

27.9 NUMA 与中断亲和

查看：

lscpu | grep NUMA
numactl --hardware
cat /proc/interrupts

适合优化：

1. 高 PPS 网络服务；
2. 数据库；
3. 低延迟系统；
4. 特定硬件加速场景。

必须评估：

1. CPU 利用率分布；
2. 跨 NUMA 内存；
3. 中断分布；
4. 弹性伸缩；
5. 故障时的接管能力。

27.10 基准测试

工具：

压测要点：

1. 明确目标；
2. 固定版本；
3. 预热；
4. 记录环境；
5. 从低到高压；
6. 找拐点；
7. 观察错误率；
8. 保留原始数据；
9. 不压生产依赖。

27.11 变更与回滚

优化上线前：

[ ] 基线记录
[ ] 测试通过
[ ] 参数说明
[ ] 生效方式明确
[ ] 回滚命令
[ ] 监控看板
[ ] 灰度范围
[ ] 停止条件

配置管理示例：

- name: Tune somaxconn
  ansible.posix.sysctl:
    name: net.core.somaxconn
    value: "65535"
    sysctl_set: true
    reload: true

本章小结

性能调优必须以指标和瓶颈为依据。CPU、内存、IO 和网络的常见优化方向不同，但流程相同：目标、基线、假设、验证、灰度、回滚和沉淀。没有压测和监控的参数不建议进入生产。

思考题

1. 为什么调优前必须建立基线？
2. CPU throttling 应如何优化？
3. IO 调优有哪些方向？
4. 短连接高并发场景要关注什么？
5. 设计一次服务容量压测方案。