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Linux性能优化实战：从CPU到磁盘I/O

article 2025/2/12 16:33:07

在当今这个数字化时代，服务器性能已经成为企业和个人关注的焦点。为了确保服务器能够高效、稳定地运行，我们需要对服务器的性能进行优化。本文将从CPU、内存和磁盘I/O三个方面介绍Linux系统性能优化的方法，并通过示例代码展示如何实现这些优化策略。

一、CPU优化

CPU作为服务器的核心部件，其性能直接影响到整个系统的运行效率。因此，我们需要对CPU进行优化，以提高其利用率和处理能力。

1.调整Linux内核参数

我们可以通过调整Linux内核参数来提高CPU性能。以下是一些常见的参数调整：

fstrim:启用fstrim可以加快文件系统的清理速度

ioprio:设置IO优先级，可以提高重要任务的执行速度

task_cputime_hijacking:启用任务CPU时间 hijacking可以防止单个任务占用过多CPU资源

我们可以使用命令行工具如man或sysctl来查看和修改这些参数。例如，要查看当前的fstrim设置，可以使用以下命令：

cat /proc/fstrim/info

要启用任务CPU时间 hijacking，可以使用以下命令：

echo 2000 > /proc/sys/task_cputime_hijacking

其中的数字2000表示Hijacking的最大百分比（以毫秒为单位）。

2.编写C程序分析CPU性能

我们可以编写C程序来获取和分析CPU性能数据。以下是一个简单的C程序，它可以打印当前系统的CPU信息和性能指标：

#include <stdio.h>

#include <linux/cpufreq.h>

#include <sys/cpuutil.h>

int main()

{

   cpu_frequency_t freq;

   cpu_utilization_data_t data;

   struct task_cputime_info_cpu stats;

   cpufreq_get_cpu_info(&stats, 0);

   cpu_get_task_cputime_info(&stats, 0, 0, &data);

   freq = stats.cpu_freq;

   printf("CPU频率: %lu Hz

", freq);

   data = stats.cpu_utilization;

   printf("CPU利用率: %lu%%

", data.user + data.n

}

这个程序首先获取了当前系统的CPU信息和性能指标，然后打印了CPU频率和利用率。我们可以通过修改这个程序来实现更复杂的CPU性能分析功能。

二、内存优化

内存是另一个影响服务器性能的关键因素。我们可以通过对内存进行优化来提高其利用率和处理能力。

1.调整Linux内核参数

我们可以使用gmem命令来查看当前系统的内存使用情况，并使用memtune命令来优化内存性能。以下是一些常见的参数调整：

km.max_threads=64000:减少每个线程使用的内存量

km.threadsize=3536:减少每个线程使用的栈大小

km.pagesize=196608:减少每个页面使用的内存量

我们可以使用memtune命令来自动优化内存参数：

sudo memtune km.threadsize=3536 sudo memtune km.pagesize=196608

其中的数字3536和196608是建议的线程大小和页面大小（以字节为单位）。

2.编写C程序分析内存性能

我们可以编写C程序来获取和分析内存性能数据。以下是一个简单的C程序，它可以打印当前系统的内存信息和使用率：

#include <stdio.h>

#include <linux/kmem.h>

#include <linux/slab.h>

int main()

{

   unsigned long nrpages, pages;

   unsigned long totalram, freeram, usedram;

   struct kmem_pool *mempool;

   struct slab_cache *slab;

   nrpages = sysconf(_SCALAR_PAGE_SIZE);

   pages = nrpages * sizeof(long) * 1024;

   totalram = pages * meminfo_kernel_page_size();

   freeram = pages * meminfo_kernel_free_page_size();

   usedram = totalram - freeram;

   printf("总内存: %ld KB

", totalram / 1024));

   printf("可用内存: %ld KB

", freeram / 1024));

   printf("已用内存: %ld KB

", usedram / 1024));

    mempool = kmem_get_pool(NULL, KMEM_POOL_NAME_SLAB);

   slab = slab_cache_alloc(mempool, NULL, 1024, 1024);

   slab_free(slab);

    return 0;

}

这个程序首先获取了当前系统的内存信息和使用率，然后打印了总内存、可用内存和已用内存。我们可以通过修改这个程序来实现更复杂的内存性能分析功能。

三、磁盘I/O优化

磁盘I/O是另一个影响服务器性能的重要因素。我们可以通过对磁盘I/O进行优化来提高其利用率和处理能力。

1.调整Linux内核参数

我们可以使用iostat命令来查看当前系统的磁盘I/O使用情况，并使用ionice命令来设置I/O优先级。以下是一些常见的参数调整：

iostat -x 1:查看磁盘I/O统计信息每隔1秒一次

ionice -p 1:设置进程ID为1的I/O优先级为最高

我们可以使用iotop命令来查看当前系统的磁盘I/O性能：

iotop -x -d 1 -t 1:查看进程ID为1的磁盘I/O性能每隔1秒一次总共持续1次

其中的数字1表示进程ID和持续时间。

2.编写C程序分析磁盘I/O性能

我们可以编写C程序来获取和分析磁盘I/O性能数据。以下是一个简单的C程序，它可以打印当前系统的磁盘I/O信息：

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <linux/fs.h>

#include <linux/blkdev.h>

#include <string.h>

int main()

{

    struct blkdev *dev;

    struct iocb *icb;

    unsigned int sectors;

    unsigned long bytes;

    int ret;

    dev = blkdev_get_by_name("/dev/sda");

    ret = ioctl(dev->fd, BLCKDEV_IOCTL_READ_SECURITY, &sectors, sizeof(sectors));

    if (ret) {

        printf("无法读取安全区域信息

");

        return -1;

    }

    printf("安全区域偏移: %lu字节

", sectors);

    bytes = sectors * 4096;

    ret = read(dev->fd, &bytes, bytes);

    if (ret == -1) {

        printf("无法读取安全区域数据

");

        return -1;

    }

    printf("安全区域数据: ");

    for (i = 0; i < bytes; i++) {

        printf("%02x", bytes[i]);

    }

    printf("

");

    return 0;

}