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

我們開發(fā)的軟件服務需要在服務器上運行，所以服務器性能代表了軟件的性能上限，因此服務器性能調(diào)優(yōu)是個十分重要的環(huán)節(jié)，然而大部分同學對服務器性能調(diào)優(yōu)關注的較少，今天從3個部分對服務器性能調(diào)優(yōu)進行介紹，分別是：服務器配置選擇，服務器負載分析，服務器內(nèi)核參數(shù)調(diào)優(yōu)。

服務器配置選擇

服務器一般是由CPU、內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)卡組成，因此選擇服務器配置就是選擇CPU核數(shù)、內(nèi)存大小、磁盤大小及類型、網(wǎng)絡帶寬。但是，服務器配置的選擇是很難標準化的，也就是說很難推斷出“一臺需要達到1000TPS的后端服務器”的配置應該是什么樣的。因為軟件的最終運行性能與軟件的實現(xiàn)方式是緊密相關的，即使是同一個后端應用程序中的兩個接口，由于具體功能的差別，性能也會有所差別。

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

以一個訂單業(yè)務為例，經(jīng)過測試后，一臺配置為4核 CPU 、16GB內(nèi)存、10Mbps帶寬、50GB機械磁盤的服務器的測試結果為：支持50并發(fā)量和300TPS吞吐量（增大并發(fā)量后會出現(xiàn)超時報錯）。而在壓力測試過程中， 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。

因此可以認為，一臺配置為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。

如果需要達到200并發(fā)數(shù)、2400TPS吞吐量的目標的話，則需要8臺配置為4核 CPU 、8GB內(nèi)存、5Mbps帶寬的服務器，或者1臺配置為32核 CPU 、64GB內(nèi)存、40Mbps帶寬的服務器。當然，最終的服務器配置還是需要通過測試來驗證。

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

服務器負載分析

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

CPU使用率

CPU使用率反應的是CPU的忙碌情況。當CPU達到100%時，部分進程會進入等待狀態(tài)，CPU暫時不會對其進行處理。在實際情況下，為了應對一下突發(fā)性的請求壓力，服務器CPU使用率一般需要在75%以下。如果一臺服務器的CPU使用率多次高于75%，這時候就考慮增加新的服務器。

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、及負載等信息。

使用htop查看CPU負載

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負載了

htop

輸入htop命令后我們可以很直觀的看到CPU負載情況，該命令的CPU使用率會以多個核作為單位進行顯示。操作系統(tǒng)機會自動分配多個核的負載，當所有核的CPU使用率都超過75%時才能認為服務器的CPU使用率已經(jīng)超過75%。

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

內(nèi)存使用率

內(nèi)存使用率反應的是內(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)存指的是服務器的內(nèi)存，而虛擬內(nèi)存指的是硬盤的一塊空間。當物理內(nèi)存使用率達到100%時將會使用虛擬內(nèi)存。需要注意的是，虛擬內(nèi)存的讀寫速度遠遠低于物理內(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)行效率會變得很低。

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

服務器內(nèi)存使用情況還是可以通過hop工具進行查看

上面顯示了服務器的內(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，同時關閉了Swap虛擬內(nèi)存。

在下MEM%欄中顯示了單個進程的內(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。磁盤負載主要關注2個指標：%idle，%util

• %idle:表示CPU除去等待磁盤I/O以外的空閑時間百分比，這個指標應該要保證在70%以上
• %util:該設備用于I/O操作的時間百分比，這個指標需要保證在70%以下，當?shù)竭_100%時表示已經(jīng)滿負載。為了降低磁盤負載，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）

平均負載

平均負載指的是單位時間內(nèi)平均的活躍進程數(shù)，是一個表示服務器負載的指標。一般情況下需要保證平均負載的值小于當前服務器的CPU核數(shù)。

同樣的，查看服務器平均負載我們也可以使用htop命令

一般情況下服務器的平均負載需要小于當前服務器的CPU核數(shù)，為了應對突發(fā)狀況，服務器的平均負載應該在75%即3 以下，很顯然，上圖這臺服務器平均負載超過了75%，需要考慮提升性能了。

網(wǎng)絡使用情況

網(wǎng)絡使用情況也是監(jiān)控的重要指標。當帶寬不足時會大大增加請求的響應時間。為了防止突發(fā)性并發(fā)壓力，應該保證服務器的帶寬使用率在80%以上。這里需要注意的是，物理網(wǎng)卡限制了服務器所能使用的最大寬帶。

查看網(wǎng)絡使用情況我推薦使用nload工具。

使用nload查看網(wǎng)絡

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行nload

nload

輸入nload命令后，網(wǎng)絡使用情況如上圖所示。其中，網(wǎng)絡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)卡的對應下行帶寬的網(wǎng)速，流出網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)對應上行帶寬的網(wǎng)速。如果 “當前網(wǎng)速” 持續(xù)接近 “最大網(wǎng)速” 時，代表帶寬使用率已經(jīng)接近100%。

指標說明：

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

服務器內(nèi)核參數(shù)調(diào)優(yōu)

光有強大的物理性能是不夠的，還需要對內(nèi)核參數(shù)進行調(diào)優(yōu)，這樣才能在高并發(fā)壓力下充分體現(xiàn)服務器應有的性能。當然，并不是所有的服務器都需要做高并發(fā)性能調(diào)優(yōu)，一般來說，只需要對要處理高并發(fā)請求的服務器進行內(nèi)核參數(shù)調(diào)優(yōu)即可，常見的包括：前端服務器，后端服務器，數(shù)據(jù)庫服務器。

服務器常見的調(diào)優(yōu)參數(shù)主要有兩個：單個進程最大打開文件數(shù) 和 TCP相關設置。

單個進程最大打開文件數(shù)

修改單個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相關設置

修改TCP相關參數(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)需要將此項關閉
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

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

＃當 keepalive（長連接）啟用的時候，TCP發(fā)送 keepalive 消息（探測包）的時間間隔（ s ),默認為2個小時
net.ipv4.tcp_keepalive_time =1200

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

#SYN隊列的長度，可以容納更多等待連接的網(wǎng)絡連接數(shù)，默認為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，默認為180000
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets =5000

＃每個網(wǎng)絡接口接收數(shù)據(jù)包的速率比內(nèi)核處理這些包的速率快時，允許送到隊列的數(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

＃預留用于接收緩沖的內(nèi)存默認值（字節(jié)） 
net.core.rmem_default = 8388608

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

＃預留用于發(fā)送緩沖的內(nèi)存默認值（字節(jié)） 
net.core.wmem_default = 8388608

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

＃避免時間戳異常
net.ipv4.tcp_timestamps = 0

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

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