优化-cpu
优化
横向:加新的设备，架构扩展
纵向:替换新的更好的设备，使设备负载能力更高
下面我们讨论的是不加设备也不换设备的基础上进行系统微调
前面讨论的是系统安装到业务上线之前的一些基本优化，如果业务已经在线上，你要优化，第一步如何做？
比如一个web服务器慢,可以会有哪些问题?
cpu->mem->io->file system->network->os参数->服务本身配置－》开发代码
首先要进行服务器数据采集，和性能监测分析
方法有
一:使用cacti,nagios,zabbix等监控工具
二:使用linux自带的一些监控指令:如vmstat,iostat,mpstat,sar等等
硬件问题
CPU子系统
内存子系统
IO子系统
网络子系统
文件系统
运行的服务等
一，
cpu（Central Processing Unit)子系统
CPU 的占用主要取决于什么样的资源正在 CPU 上面运行，
比如拷贝一个文件通常占用较少CPU,只是在完成拷贝以后给一个中断让CPU知道拷贝已经完成
科学计算通常占用较多的CPU，大部分计算工作都需要在CPU上完成，内存、硬盘等子系统只做暂时的数据存储工作
要想监测和理解CPU的性能需要知道一些的操作系统的基本知识，比如：中断，进程调度，进程上下文切换,可运行队列等
cpu单核在同一个时间点只能干一件事，但单核CPU一样可以跑多任务操作系统，其实就是分CPU资源（时间片）
CPU很无辜，是个任劳任怨的打工仔,每时每刻都有工作在做(进程、线程)并且自己有一张工作清单(可运行队列)，
由老板(进程调度)来决定他该干什么，他需要和老板沟通以便得到老板的想法并及时调整自己的工作 (上下文切换)，
部分工作做完以后还需要及时向老板汇报(中断)，
所以打工仔(CPU)除了做自己该做的工作以外，还有大量时间和精力花在沟通和汇报上。
中断 设备通知内核，完成了一次数据处理过程。也可以理解为：cpu停止下来去执行别的指令。例如：完成一次IO。或者完成一次网络数据包的发送。
内核处理过程 --- 控制优先级，进行任务调度。
用户进程
上下文切换 --- 把正在占用cpu的进程放回队列中（每次内核的上下文切换,资源被用于关闭在CPU寄存器中的线程和放置在队列中）
运行队列
那么监测CPU性能的底线是什么呢?通常我们期望我们的系统能到达以下目标：
CPU利用率，如果CPU有100%利用率，那么应该到达这样一个平衡：65%-70% User Time，30%-35% System Time，0%-5% Idle Time;
上下文切换，上下文切换应该和 CPU 利用率联系起来看，如果能保持上面的 CPU 利用率平衡，大量的上下文切换是可以接受的;
云（虚拟化） 提高资源利用率
查看cpu信息
# cat /proc/cpuinfo --能看到指令集，CPU核数，频率，缓存等相关信息
要采集CPU当前正在运行的信息数据，要用到下面的命令或者监控软件（nagios,zabbix等)
top
uptime
vmstat
mpstat --需要yum install sysstat
sar --需要yum install sysstat
# vmstat 2 每2秒钟采集一下数据
# vmstat 2 3 每2秒钟采集一次，一共采集3次
# vmstat 2
procs -----------memory---------- -swap- ----io-- --system-- -----cpu------
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
1 0 0 78112 63432 1519100 0 0 233 18 1906 1190 26 13 59 1 0
1 0 0 78112 63432 1519100 0 0 0 0 4180 1378 33 17 50 0 0
r 可运行队列。单核cpu，不应该超过3（经验得到的数据，只是表明大于这个值表明运行队列有点长)
b 当前被阻塞的进程，一般这些进程都是在等待某些外部资源而被阻塞。>3需要注意，而且一直出现或者经常出现，就更值得注意
in 中断数。一般代表大量设备操作成功通知内核。
cs 上下文切换。一般代表任务需要紧急被cpu处理。数字高，只能说明内核在充分发挥它的任务调度作用。不能简单通过该数字判断cpu就出现瓶颈。
us 用户进程所占用的cpu时间的百分比
sy 内核在进行任务调度所占用的cpu时间的百分比
id cpu空闲所占用的时间百分比.仅仅0不能简单判断cpu出现瓶颈，只能说它被充分被留用。
wa 等待IO所消耗时间百分比
st 被硬件虚拟化的虚拟机所消耗掉的时间百分比
mpstat 和 vmstat 类似，不同的是 mpstat 可以输出多个处理器的数据
# mpstat -P ALL 1 ---P ALL表示查看所有CPU核， 1表示每一秒显示一次
10:46:35 AM CPU %user %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %idle intr/s
10:46:36 AM all 26.13 0.00 6.53 0.00 3.52 9.05 0.00 54.77 19478.22
10:46:36 AM 0 25.74 0.00 6.93 0.00 2.97 7.92 0.00 56.44 9740.59
10:46:36 AM 1 26.73 0.00 6.93 0.00 3.96 10.89 0.00 51.49 9739.60
# sar -u 查看cpu相关的历史数据 --这是历史数据，是每十分钟会去采集一次系统相关的数据
# sar -u 2 3 --两秒一次，显示三次（不是历史数据，是当前动态数据)
sysstat --> 提供 sar 命令 (system activity reporter)
sar的特点：可以对过去时间的系统状态进行分析,但不能对某个进程进行深入分析，只能对系统的整体情况进行分析。
yum install sysstat -y
# service sysstat start
# chkconfig sysstat on
安装systat包后，就会自动在 /var/log/sa/saxx 产生数据 xx代表日期
可以使用sar -f /var/log/sa/saxx 去访问 加参数就可以访问不同类型的性能数据
指定查询之前的日期与固定时间点的方法
sar -u -f /var/log/sa/sa18 --查看这个月已经过的18号的cpu历史数据
sar -u -f /var/log/sa/sa18 -s 09:00:00 -e 10:00:00 --指定只看18号9点到10点的cpu历史数据
保存性能数据
sar支持保存成两种格式的文件，一种是文本文件，一种是二进制文件 （只有通过sar自己的命令 -f 参数 才能看）
保存为文本文件,可以直接cat命令查看
sar -p 1 5 > /tmp/test/sar1.txt
保存为二进制文件
sar -p 1 5 -o /tmp/test/sar2.txt 1>/dev/null --会显示到屏幕，可以用1>/dev/null
file /tmp/test/sar2.txt --是data类型文件
sar -f /tmp/test/sar2.txt --使用-f参数读取
可以通过做实验，再来用vmstat,mpstat,sar来看cpu的变化
如:执行下面的sh /tmp/2.sh脚本，产生一百个运算的进程
[root@li ~]# cat /tmp/1.sh
#!/bin/bash
a=1
sum=0
while true
do
sum=$[$sum+$a]
let a++
done
[root@li ~]# cat /tmp/2.sh
#!/bin/bash
for i in `seq 100`
do
sh /tmp/1.sh &
done
===========================================================
总结:现在的架构cpu极少会成为瓶颈.就算是真的cpu成为了瓶颈,对cpu能做的优化太少了（要么就换硬件，要么通过扩展架构来分担压力,杀掉无用并且占用资源的进程)
系统管理员能改的也就只有进程优先级了
nice 优先级 能调的范围是 -20到19 -20表示优先级最高，19最低
用户运行一个程序默认给的优先级为0
renice 对一个已经运行的进程进行nice值的调整
renice 19 pid
[root@li ~]# vim /tmp/test.sh
a=1
while [ $a -lt 1000000 ]
do
let a++
done
nice 优先级高的能够优先分配资源，跑得快，花费的时间少，负载越高，效果越明显
实验
在一个负载高的情况下做效果更好，比如一个大文件的cp
第一个终端:
[root@li ~]# time sh /tmp/test.sh
real 0m39.363s
user 0m26.338s
sys 0m0.900s
第二个终端：
[root@li ~]# time nice --19 sh /tmp/test.sh --19 第一个是参数的横杠，第二个是负号
real 0m26.881s
user 0m26.008s
sys 0m0.871s
--对比上面的时间，可以看到 高优先级的花费的时间少
可以把上面的实验再做一次，马上用top查出-19的pid值，并使用renice修改
renice 19 9683
[root@li ~]# time sh /tmp/test.sh
real 0m34.665s
user 0m26.277s
sys 0m0.896s
[root@li ~]# time nice --19 sh /tmp/test.sh
real 0m37.231s
user 0m26.094s
sys 0m0.905s
--从上面的时间可以看出，-19优先级的半路被改为19后，所花费的时间反而多了
注意：只有管理员才能把优先级往高调，普通用户只能调自己的，并且只能往低调，调低后还不能再调高
