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聽多了架構(gòu)優(yōu)化，接口優(yōu)化，數(shù)據(jù)庫優(yōu)化，今天我們來聊聊服務(wù)器優(yōu)化。

我們開發(fā)的軟件服務(wù)需要在服務(wù)器上運(yùn)行，所以服務(wù)器性能代表了軟件的性能上限，因此服務(wù)器性能調(diào)優(yōu)是個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，然而大部分同學(xué)對(duì)服務(wù)器性能調(diào)優(yōu)關(guān)注的較少，今天從3個(gè)部分對(duì)服務(wù)器性能調(diào)優(yōu)進(jìn)行介紹，分別是：服務(wù)器配置選擇，服務(wù)器負(fù)載分析，服務(wù)器內(nèi)核參數(shù)調(diào)優(yōu)。

服務(wù)器配置選擇

服務(wù)器一般是由CPU、內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)卡組成，因此選擇服務(wù)器配置就是選擇CPU核數(shù)、內(nèi)存大小、磁盤大小及類型、網(wǎng)絡(luò)帶寬。但是，服務(wù)器配置的選擇是很難標(biāo)準(zhǔn)化的，也就是說很難推斷出“一臺(tái)需要達(dá)到1000TPS的后端服務(wù)器”的配置應(yīng)該是什么樣的。因?yàn)檐浖淖罱K運(yùn)行性能與軟件的實(shí)現(xiàn)方式是緊密相關(guān)的，即使是同一個(gè)后端應(yīng)用程序中的兩個(gè)接口，由于具體功能的差別，性能也會(huì)有所差別。

因此，服務(wù)器配置的選擇應(yīng)該基于具體的測(cè)試結(jié)果。一開始可以選用配置較低的服務(wù)器做調(diào)優(yōu)和測(cè)試，并以該服務(wù)器的測(cè)試結(jié)果作為選擇服務(wù)器的依據(jù)。

以一個(gè)訂單業(yè)務(wù)為例，經(jīng)過測(cè)試后，一臺(tái)配置為4核 CPU 、16GB內(nèi)存、10Mbps帶寬、50GB機(jī)械磁盤的服務(wù)器的測(cè)試結(jié)果為：支持50并發(fā)量和300TPS吞吐量（增大并發(fā)量后會(huì)出現(xiàn)超時(shí)報(bào)錯(cuò)）。而在壓力測(cè)試過程中， CPU 的使用率接近75%，內(nèi)存使用率在 50％以下，帶寬使用率在50％以下，除去日志以外無磁盤操作。

因此可以認(rèn)為，一臺(tái)配置為4核 CPU ( CPU 使用率需要在75％以下）、8GB內(nèi)存（內(nèi)存使用率可以接近100%)、 5Mbps 帶寬（帶寬使用率可以接近100%）的服務(wù)器，可以滿足訂單接口支持50并發(fā)量、300TPS吞吐量的壓力。

如果需要達(dá)到200并發(fā)數(shù)、2400TPS吞吐量的目標(biāo)的話，則需要8臺(tái)配置為4核 CPU 、8GB內(nèi)存、5Mbps帶寬的服務(wù)器，或者1臺(tái)配置為32核 CPU 、64GB內(nèi)存、40Mbps帶寬的服務(wù)器。當(dāng)然，最終的服務(wù)器配置還是需要通過測(cè)試來驗(yàn)證。

注意：在以上訂單接口的例子中，后端服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫等服務(wù)器需要一起調(diào)試，避免后端服務(wù)器性能過剩，而數(shù)據(jù)庫等服務(wù)器性能不足的情況發(fā)生。另外，以上選擇服務(wù)器配置的方法不一定適用于所有場(chǎng)景，請(qǐng)斟酌參考。

服務(wù)器負(fù)載分析

在性能調(diào)優(yōu)時(shí)，需要先對(duì)服務(wù)器負(fù)載進(jìn)行分析，通常而言，我們主要分析CPU使用率、內(nèi)存使用率、磁盤I/O，服務(wù)器負(fù)載和帶寬使用情況。

CPU使用率

CPU使用率反應(yīng)的是CPU的忙碌情況。當(dāng)CPU達(dá)到100%時(shí)，部分進(jìn)程會(huì)進(jìn)入等待狀態(tài)，CPU暫時(shí)不會(huì)對(duì)其進(jìn)行處理。在實(shí)際情況下，為了應(yīng)對(duì)一下突發(fā)性的請(qǐng)求壓力，服務(wù)器CPU使用率一般需要在75%以下。如果一臺(tái)服務(wù)器的CPU使用率多次高于75%，這時(shí)候就考慮增加新的服務(wù)器。

監(jiān)控CPU使用率我推薦大家使用htop工具，可以非常直觀看到CPU使用率、內(nèi)存使用率、及負(fù)載等信息。

使用htop查看CPU負(fù)載

首先我們需要安裝htop，以centos為例，安裝命令如下：

yum install htop -y

安裝完成后我們就可以通過htop命令觀察CPU負(fù)載了

htop

輸入htop命令后我們可以很直觀的看到CPU負(fù)載情況，該命令的CPU使用率會(huì)以多個(gè)核作為單位進(jìn)行顯示。操作系統(tǒng)機(jī)會(huì)自動(dòng)分配多個(gè)核的負(fù)載，當(dāng)所有核的CPU使用率都超過75%時(shí)才能認(rèn)為服務(wù)器的CPU使用率已經(jīng)超過75%。

如上圖所示，這是一個(gè)4核CPU服務(wù)器，在截圖的時(shí)候其中3核CPU使用率都超過了75%，再觀察一會(huì)發(fā)現(xiàn)所有CPU的使用率都在85%左右徘徊，說明CPU負(fù)載很高了，需要考慮增加新的服務(wù)器。

內(nèi)存使用率

內(nèi)存使用率反應(yīng)的是內(nèi)存的使用情況。內(nèi)存用于存放程序的代碼及數(shù)據(jù)，一般分為物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存，其中物理內(nèi)存指的是服務(wù)器的內(nèi)存，而虛擬內(nèi)存指的是硬盤的一塊空間。當(dāng)物理內(nèi)存使用率達(dá)到100%時(shí)將會(huì)使用虛擬內(nèi)存。需要注意的是，虛擬內(nèi)存的讀寫速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于物理內(nèi)存，如果程序被放在了虛擬內(nèi)存執(zhí)行，那么程序的執(zhí)行效率會(huì)變得很低。

一般而言，服務(wù)器的物理內(nèi)存應(yīng)該保持在80%以下，虛擬內(nèi)存使用率保持在0%。

服務(wù)器內(nèi)存使用情況還是可以通過hop工具進(jìn)行查看

上面顯示了服務(wù)器的內(nèi)存使用情況：總內(nèi)存16G，使用了10G左右，內(nèi)存使用率62%，可以繼續(xù)使用，同時(shí)關(guān)閉了Swap虛擬內(nèi)存。

在下MEM%欄中顯示了單個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存使用率。

磁盤I/O

磁盤I/O指的是磁盤的讀寫，在軟件系統(tǒng)中，日志、文件操作、數(shù)據(jù)庫操作都會(huì)造成磁盤讀寫壓力，其中又以數(shù)據(jù)庫操作為甚，在高并發(fā)情況下往往數(shù)據(jù)庫會(huì)首先成為系統(tǒng)的瓶頸。

磁盤監(jiān)控我推薦大家使用iostat工具，可以很方便查看磁盤的使用情況。

使用iostat查看磁盤I/O

首先我們需要安裝iostat，以centos為例，安裝命令如下：

yum install sysstat -y

安裝完成后我們就可以通過iostat命令磁盤使用情況了。

# 查看磁盤總體讀寫情況， 1代表每1秒讀取一次數(shù)據(jù)
iostat -x 1

輸入iostat命令后，磁盤總體讀寫情況如上所示。磁盤負(fù)載主要關(guān)注2個(gè)指標(biāo)：%idle，%util

• %idle:表示CPU除去等待磁盤I/O以外的空閑時(shí)間百分比，這個(gè)指標(biāo)應(yīng)該要保證在70%以上
• %util:該設(shè)備用于I/O操作的時(shí)間百分比，這個(gè)指標(biāo)需要保證在70%以下，當(dāng)?shù)竭_(dá)100%時(shí)表示已經(jīng)滿負(fù)載。為了降低磁盤負(fù)載，可以采用性能更高的磁盤（OSD，PCIE）或者降低磁盤的操作頻率（異步寫、合并寫）

平均負(fù)載

平均負(fù)載指的是單位時(shí)間內(nèi)平均的活躍進(jìn)程數(shù)，是一個(gè)表示服務(wù)器負(fù)載的指標(biāo)。一般情況下需要保證平均負(fù)載的值小于當(dāng)前服務(wù)器的CPU核數(shù)。

同樣的，查看服務(wù)器平均負(fù)載我們也可以使用htop命令

一般情況下服務(wù)器的平均負(fù)載需要小于當(dāng)前服務(wù)器的CPU核數(shù)，為了應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況，服務(wù)器的平均負(fù)載應(yīng)該在75%即3 以下，很顯然，上圖這臺(tái)服務(wù)器平均負(fù)載超過了75%，需要考慮提升性能了。

網(wǎng)絡(luò)使用情況

網(wǎng)絡(luò)使用情況也是監(jiān)控的重要指標(biāo)。當(dāng)帶寬不足時(shí)會(huì)大大增加請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間。為了防止突發(fā)性并發(fā)壓力，應(yīng)該保證服務(wù)器的帶寬使用率在80%以上。這里需要注意的是，物理網(wǎng)卡限制了服務(wù)器所能使用的最大寬帶。

查看網(wǎng)絡(luò)使用情況我推薦使用nload工具。

使用nload查看網(wǎng)絡(luò)

首先需要安裝nload，以centos為例

yum install nload -y

安裝完成后我們直接運(yùn)行nload

nload

輸入nload命令后，網(wǎng)絡(luò)使用情況如上圖所示。其中，網(wǎng)絡(luò)使用情況分為流入網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)與流出網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)。流入網(wǎng)卡的對(duì)應(yīng)下行帶寬的網(wǎng)速，流出網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)上行帶寬的網(wǎng)速。如果 “當(dāng)前網(wǎng)速” 持續(xù)接近 “最大網(wǎng)速” 時(shí)，代表帶寬使用率已經(jīng)接近100%。

指標(biāo)說明：

• Curr：當(dāng)前網(wǎng)速
• Avg：平均網(wǎng)速
• Min：最小網(wǎng)速
• Max：最大網(wǎng)速
• Ttl：總流量

服務(wù)器內(nèi)核參數(shù)調(diào)優(yōu)

光有強(qiáng)大的物理性能是不夠的，還需要對(duì)內(nèi)核參數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，這樣才能在高并發(fā)壓力下充分體現(xiàn)服務(wù)器應(yīng)有的性能。當(dāng)然，并不是所有的服務(wù)器都需要做高并發(fā)性能調(diào)優(yōu)，一般來說，只需要對(duì)要處理高并發(fā)請(qǐng)求的服務(wù)器進(jìn)行內(nèi)核參數(shù)調(diào)優(yōu)即可，常見的包括：前端服務(wù)器，后端服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

服務(wù)器常見的調(diào)優(yōu)參數(shù)主要有兩個(gè)：?jiǎn)蝹€(gè)進(jìn)程最大打開文件數(shù) 和 TCP相關(guān)設(shè)置。

單個(gè)進(jìn)程最大打開文件數(shù)

修改單個(gè)文件最大打開文件數(shù)，只需要編輯/etc/security/limits.conf文件，在文件末尾加上以下四句

* soft	nofile	65535
* hard	nofile	65535
* soft	nproc	65535
* hard	nproc	65535

其中* 代表所有用戶，65536代表修改的值，重啟后生效。

TCP相關(guān)設(shè)置

修改TCP相關(guān)參數(shù)，可以優(yōu)化TCP高并發(fā)通信，編輯/etc/sysctl.conf文件，添加以下內(nèi)容

# 為防止洪水攻擊，高并發(fā)系統(tǒng)需要將此項(xiàng)關(guān)閉
net.ipv4.tcp_syncookies = 0

# 開啟TCP連接重用，允許處理TIME-WAIT狀態(tài)的連接重新用于新的TCP連接
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

# 開啟快速回收TCP連接中處于TIME-WAIT狀態(tài)的連接
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

＃修改超時(shí)時(shí)間（ s )，該值表示如果連接由本端關(guān)閉，則連接處于 FIN-WAIT-2狀態(tài)的時(shí)間為 
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

＃當(dāng) keepalive（長連接）啟用的時(shí)候，TCP發(fā)送 keepalive 消息（探測(cè)包）的時(shí)間間隔（ s ),默認(rèn)為2個(gè)小時(shí)
net.ipv4.tcp_keepalive_time =1200

＃服務(wù)器對(duì)外連接的端口范圍，影響該服務(wù)器與其他服務(wù)器的連接數(shù)
net.ipv4.ip_local_port_range =102465535

#SYN隊(duì)列的長度，可以容納更多等待連接的網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)，默認(rèn)為1024 
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65535

＃保持 TIME_WAIT 狀態(tài)連接的最大數(shù)量，如果超過此值，TIME_WAIT 將立刻被清除并打印警告信息，默認(rèn)為180000
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets =5000

＃每個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口接收數(shù)據(jù)包的速率比內(nèi)核處理這些包的速率快時(shí)，允許送到隊(duì)列的數(shù)據(jù)包的最大數(shù)目
net.core.netdev_max_backlog =65535

# TCP最大連接數(shù)
net.core.somaxconn = 65535

＃預(yù)留用于接收緩沖的內(nèi)存默認(rèn)值（字節(jié)） 
net.core.rmem_default = 8388608

＃預(yù)留用于接收緩沖的內(nèi)存最大值（字節(jié)） 
net.core.rmem_max = 16777216

＃預(yù)留用于發(fā)送緩沖的內(nèi)存默認(rèn)值（字節(jié)） 
net.core.wmem_default = 8388608

＃預(yù)留用于發(fā)送緩沖的內(nèi)存最大值（字節(jié)） 
net.core.wmem_maX = 16777216

＃避免時(shí)間戳異常
net.ipv4.tcp_timestamps = 0

＃系統(tǒng)中最多有多少個(gè) TCP 套接字不被關(guān)聯(lián)到任何一個(gè)用戶文件句柄上，如果超過這個(gè)數(shù)字，連接將即刻被復(fù)位并打印警告信息，這個(gè)限制僅僅是為了防止簡(jiǎn)單的DoS 攻擊
net.ipv4.tcp_max_orphans =3276800

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