Linux系统的性能测试与性能分析

发表于：2012-12-03来源：一淘测试作者：若凌点击数：

Linux系统的性能测试与性能分析1 性能测试简介 性能测试的过程就是找到系统瓶颈的过程。 性能测试(包括分析和调优)的过程就是在操作系统的各个子系统之间取得平衡的过程。

Revision History

Version

Date

Author

Description

1.0

2011/5/26

dengwu@taobao.com

初稿

1.1

2011/6/23

dengwu@taobao.com

添加CPU分析

1.2

2012/2/20

dengwu@taobao.com

添加MEM,IO分析

1.3

2012/2/23

dengwu@taobao.com

更新工作原理

1.4

2012/2/25

dengwu@taobao.com

添加中断分析

1.5

2012/2/28

dengwu@taobao.com

添加网络分析

性能测试的过程就是找到系统瓶颈的过程。

性能测试(包括分析和调优)的过程就是在操作系统的各个子系统之间取得平衡的过程。

操作系统的各个子系统包括：

CPU

Memory

IO

Network

他们之间高度依赖，互相影响。比如：

1. 频繁的磁盘读写会增加对内存的使用

2. 大量的网络吞吐，一定意味着非常可观的CPU利用率

可用内存的减少可能增加大量的swapping，从而使系统负载上升甚至崩溃

2 应用程序类型

性能测试之前，你首先需要判断你的应用程序是属于那种类型的，这可以帮助你判断哪个子系统可能会成为瓶颈。

通常可分为如下两种：

CPU bound – 这类程序，cpu往往会处于很高的负载，当系统压力上升时，相对于磁盘和内存，往往CPU会首先到达瓶颈。Web server，mail server以及大部分服务类程序都属于这一类。

I/O bound – 这类程序，往往会频繁的访问磁盘，从而发送大量的IO请求。IO类应用程序往往利用cpu发送IO请求之后，便进入sleep状态，从而造成很高的IOWAIT。数据库类程序，cache服务器往往属于这种类型。

3 CPU

3.1 性能瓶颈

3.1.1 运算性能瓶颈

作为计算机的计算单元，其运算能力方面，可能出现如下瓶颈：

1. 用户态进程CPU占用率很高

2. 系统态(内核态)CPU占用率很高

测试CPU的运算性能，通常是通过计算圆周率来测试CPU的浮点运算能力和稳定性。据说Pentium CPU的一个运算bug就是通过计算圆周率来发现的。圆周率的计算方法，通常是计算小数点后104万位，通过比较运算时间来评测CPU的运算能力。

常用工具：

SUPER PI(π)

Wprime 与SuperPI不同的是，可以支持多核CPU的运算速度测试

FritzChess 一款国际象棋测试软件，测试每秒钟可运算的步数

突破CPU的运算瓶颈，一般只能靠花钱。比如提高时钟频率，提高L1,L2 cache容量或不断追求新一代的CPU架构：

Core -> Nehalem(E55x，如r710，dsc1100) -> Westmere –> Sandy Bridge

3.1.2 调度性能瓶颈

CPU除了负责计算之外，另一个非常重要的功能就是调度。在调度方面，CPU可能会出现如下性能瓶颈：

Load平均值超过了系统可承受的程度

IOWait占比过高，导致Load上升或是引入新的磁盘瓶颈

Context Switch过高，导致CPU就像个搬运工一样，频繁在寄存器(CPU Register)和运行队列(run queue)之间奔波

硬中断CPU占比接近于100%

软中断CPU占比接近于100%

超线程

超线程芯片可以使得当前线程在访问内存的间隙，处理器可以使用它的机器周期去执行另外一个线程。一个超线程的物理CPU可以被kernel看做是两个独立的CPU。

3.2 典型监控参数

3.2.1 参数含义

Load

Load是指CPU所有内核正在处理的任务加上处于等待队列中的进程数之和。

处于等待队列(run queue)中的进程包括TASK_RUNNING 和 TASK_UNINTERRUPTIBLE两种状态的任务：

? 处于可运行状态的进程

? 等待不可中断任务的进程

在一个双核的系统中，如果两个进程正在执行，有四个进程处于run quque当中，那么load就是6

Nice%

用户进程空间内，通过调用nice或setpriority系统调用改变过优先级的进程的CPU占用率

Iowait%

CPU等待IO操作的时间

Idle%

CPU空闲时间

Intr/s