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第Ⅰ部分　Linux概述3

第1章　Linux系统安装的性能问题3

1.1 引言3

1.2　安装前的规划3

1.2.1　选择分区位置4

1.2.2　使用多个硬盘驱动器4

1.2.3　选择文件系统4

1.2.4　转换文件系统5

1.2.5　配置RAID6

1.3　Linux 2.6内核的可配置属性8

1.3.1 I/O提升器8

1.3.2　超大TLB页面支持8

1.4　Linux日志工具9

1.4.1　/var/log/messages文件9

1.4.2　/var/log/XFree86.0.log文件9

1.4.3 日志轮转10

1.4.4　日志工具10

1.4.5 日志定制10

1.5　BSD与系统V的初始化机制11

1.5.1　初始化表（／etc/inittab）11

1.5.2　BSD的初始化表（Slackware）12

1.5.3 系统V的初始化表（Red Hat）13

1.6　小结14

1.7　参考文献14

第2章　Linux内核机制15

2.1　引言15

2.2　Linux的发展历程15

2.3　Linux内核体系结构15

2.3.1 内核的职能16

2.3.2 内核组织结构与模块16

2.3.3 内核服务16

2.3.4　/proc文件系统的外部性能视图16

2.3.5　内存管理17

2.4　进程管理18

2.4.1　进程、任务与内核线程19

2.4.2　调度与上下文切换19

2.5　进程间通信20

2.5.1　信号20

2.5.2　管道20

2.5.3　系统V的IPC机制21

2.6　Linux对称多处理（SMP）模型22

2.6.1　多处理系统类型22

2.6.2　同步与数据串行化22

2.6.3　锁、锁粒度与锁开销22

2.6.4　cache一致性23

2.6.5　处理器亲和度23

2.7　文件系统23

2.7.1　虚拟文件系统（VFS）23

2.7.2　ext2fs23

2.7.3　LVM与RAID24

2.7.4　磁盘卷组24

2.7.5 设备相关文件25

2.7.6　devfs25

2.8　Linux 2.6内核的新特性26

2.9 小结26

2.10　参考文献27

第3章　服务器体系结构29

3.1　引言29

3.2　Linux服务器29

3.3　多处理器与多处理机制30

3.3.1　服务器拓扑结构30

3.3.2　处理器的混用机制31

3.4　内存32

3.5 I/O33

3.6　Linux企业级服务器34

3.7　Linux集群35

3.7.1　高性能集群35

3.7.2　高可用集群36

3.8　服务器系统示例36

3.8.1　IBM zSeries大型机36

3.8.2　刀片服务器39

3.8.3　NUMA39

3.9 小结44

第Ⅱ部分　性能分析工具47

第4章　系统性能监控47

4.1　引言47

4.2　Linux与性能分析的背景知识47

4.3 CPU利用率49

4.3.1　vmstat51

4.3.2　top与gtop工具53

4.3.3 sar54

4.4 内存利用率56

4.4.1　/proc/meminfo与／proc/slabinfo56

4.4.2　ps57

4.4.3 vmstat59

4.5　I/O利用率59

4.5.1 iostat61

4.5.2 sar62

4.6　网络利用率63

4.6.1　网络统计信息64

4.6.2　接口信息66

4.6.3　TCP/IP协议统计数据66

4.6.4 nfsstat67

4.7　小结67

4.8　参考文献67

第5章　系统跟踪工具69

5.1　引言69

5.2　系统跟踪机制的需求69

5.3　top70

5.4 strace72

5.5 OProfile74

5.5.1　opcontrol75

5.5.2　数据概况描述工具76

5.6　Performance Inspector82

5.6.1　Above Idle83

5.6.2　Per-Thread Time84

5.6.3　Trace Profiling86

5.6.4　指令跟踪89

5.6.5　Java Profiler91

5.6.6　Java Lock Monitor103

5.6.7 Performance Inspector的执行工具106

5.7　小结107

5.8　参考文献107

第6章　工作负荷的性能基准测试109

6.1 引言109

6.2 改进工作负荷的基准测试方法110

6.3　基准测试的类型111

6.4　微基准测试111

6.4.1　操作系统基准测试111

6.4.2　磁盘基准测试124

6.4.3　网络基准测试132

6.4.4　应用基准测试133

6.5　Web服务器基准测试137

6.5.1 SPECweb、SPECweb SSL与TPC-W137

6.5.2　SPECjAppServer与ECPerf138

6.5.3　其他应用基准测试139

6.6 小结139

第Ⅲ部分　系统调优143

第7章　系统性能原理和策略：基准测试方法的案例分析143

7.1 引言143

7.2　性能评价方法143

7.2.1　跟踪机制143

7.2.2　工作负荷特征描述144

7.2.3　数值分析144

7.2.4　模拟方法144

7.3　基准测试案例分析144

7.4　分析方法145

7.4.1　软硬件配置145

7.4.2　运行规则146

7.4.3　设置目标146

7.4.4　测量、分析与调优146

7.4.5　退出策略147

7.5　基准测试程序148

7.5.1　基准测试程序介绍148

7.5.2　性能结果149

7.6　小结151

7.7　致谢152

7.8　参考文献152

第8章　调度器调优153

8.1　引言153

8.2　单处理器系统153

8.3　对称多处理154

8.4　非一致内存访问154

8.5　对称多线程155

8.6　Linux 2.6内核调度器155

8.7　负载平衡156

8.8　调度器的可调参数157

8.8.1　＊CHILD_PENALTY157

8.8.2　＊CREDIT_LIMIT157

8.8.3　＊EXIT_WEIGHT157

8.8.4　＊INTERACTIVE_DELTA157

8.8.5　＊MAX_SLEEP_AVG158

8.8.6　＊MAX_TIMESLICE158

8.8.7　＊MIN_TIMESLICE158

8.8.8　＊PARENT_PENALTY158

8.8.9　＊PRIO_BONUS_RATIO158

8.8.10　＊STARVATION_LIMIT158

8.9 小结159

8.10　参考文献159

第9章　Linux虚存的性能问题161

9.1 引言161

9.2　内存与地址空间162

9.2.1 地址空间162

9.2.2　用户地址空间162

9.2.3　VM区域163

9.2.4　内核地址空间164

9.3 高端内存支持165

9.4　分页与交换机制165

9.4.1　替换策略166

9.4.2　页面替换与内存平衡167

9.5　Linux页表167

9.6　Linux 2.6内核中的新特性169

9.6.1　rmap与objrmap169

9.6.2　大型页面的支持169

9.6.3　页面分配与替换170

9.6.4　Slab分配器171

9.6.5　VM的可调参数171

9.6.6　CPU调度器173

9.7　小结175

9.8　参考文献175

第10章　I/O子系统的性能问题177

10.1　引言177

10.2　I/O调度与块I/O（BIO）层177

10.2.1　Linux 2.6内核的I/O调度器178

10.2.2　Linux 2.4内核的I/O调度器179

10.2.3　Linux 2.6内核的最终期限I/O调度器179

10.2.4　调度器的可调参数180

10.2.5　Linux 2.6内核的Anticipatory I/O调度器181

10.2.6　Linux 2.6内核的CFQ调度器183

10.2.7　Linux 2.6内核的noop I/O调度器183

10.2.8　I/O调度器的性能含义183

10.3　批量读写请求184

10.4　读预测启发算法184

10.5　影响性能的I/O部件185

10.6　I/O设备寻址186

10.7　小结186

10.8　参考文献186

第11章　文件系统调优189

11.1　引言189

11.2　文件系统基本知识189

11.2.1　文件系统的实现考虑189

11.2.2　创建优化的文件系统190

11.2.3　文件系统基本术语190

11.3 日志型文件系统192

11.3.1 文件系统的故障处理机制193

11.3.2　事务机制193

11.3.3　选项194

11.4　影响文件系统性能的磁盘因素195

11.4.1　物理磁盘存储器的考虑事项195

11.4.2　磁盘的性能特征196

11.4.3　传输速率196

11.4.4　hdparm197

11.5　文件系统的碎片整理199

11.6　文件同步199

11.6.1 确保数据或文件完整性200

11.6.2　使用函数调用200

11.6.3　使用文件描述符200

11.6.4　sync/fsync的性能含义201

11.7　bdflush参数201

11.8　异步输入与输出202

11.8.1　使用异步I/O202

11.8.2　异步I/O函数202

11.9 原始磁盘I/O203

11.9.1　在Linux上设置原始I/O203

11.9.2　示例203

11.10 Ext2与Ext3文件系统204

11.10.1　Ext2的组织结构204

11.10.2　Ext2文件系统中的块分配方式206

11.10.3　创建Ext2文件系统206

11.10.4　Ext2文件系统的Ext3扩展机制207

11.10.5　Ext3的内核配置支持207

11.10.6　Ext3文件系统调优方法208

11.10.7　创建Ext3分区208

11.10.8　Ext2与Ext3的转换209

11.10.9　建立外部日志209

11.10.10　Ext2/Ext3工具209

11.11　ReiserFS210

11.11.1　ReiserFS的内核配置支持211

11.11.2　ReisetFS文件系统调优方法211

11.11.3　创建ReiserFS文件系统211

11.11.4　建立外部日志212

11.11.5　挂接ReiserFS文件系统212

11.11.6　挂接选项213

11.11.7　调优ReiserFS213

11.11.8　ReiserFS文件系统实用工具214

11.12 日志式文件系统214

11.12.1　JFS的内核配置支持215

11.12.2　JFS文件系统的调优方法215

11.12.3　创建JFS文件系统216

11.12.4　建立外部日志216

11.12.5　挂接文件系统216

11.12.6　挂接选项216

11.12.7　调优JFS217

11.12.8　JFS文件系统实用工具217

11.13　下一代文件系统217

11.13.1　XFS的内核配置支持218

11.13.2　XFS文件系统的调优方法218

11.13.3　创建XFS文件系统219

11.13.4　容量饱和时的文件系统行为219

11.13.5　建立外部日志219

11.13.6　挂接文件系统220

11.13.7　挂接选项220

11.13.8　调优XFS220

11.13.9　XFS文件系统实用工具221

11.14　小结222

11.15　参考文献223

第12章　网络调优225

12.1 引言225

12.2　网络协议栈225

12.3 内核参数调优机制226

12.4　内核自动调优机制226

12.5　核心内核参数227

12.6　TCP/IPv4协议内核参数228

12.6.1　TCP缓冲区与内存管理228

12.6.2　TCP选项230

12.6.3　TCP连接管理231

12.6.4　TCP连接保持管理232

12.6.5　IP端口范围233

12.7　小结233

12.8　参考文献233

第13章　进程间通信235

13.1　引言235

13.2　进程间通信的定义235

13.3　Linux SysV的IPC资源与ipcs命令236

13.3.1　ipcs命令236

13.3.2　IPC标识符及其限制237

13.4　信号量参数238

13 4 1 semmni238

13.4.2　semmns239

13.4.3 semmsl239

13.4.4　semopm239

13.4.5 semvmx239

13.4.6　未用的信号量参数239

13.5　消息队列参数240

13.5.1　msgmni240

13.5.2　msgmax240

13.5.3 msgmnb241

13.5.4　未用的消息队列参数241

13.6　共享内存段参数241

13.6.1　shmmni242

13.6.2 shmmax242

13.6.3 shrnmin242

13.6.4　shmall242

13.7　可配置IPC参数的动态修改机制242

13.7.1　使用／proc242

13.7.2　使用sysctl243

13.8　IPC参数的静态配置243

13.9　管道机制243

13.10　小结244

第14章　代码调优245

14.1 引言245

14.2　一般原则245

14.3　应用的概要描述工具246

14.4　编译器选项调优246

14.4.1　性能调优的基本步骤247

14.4.2　编译器优化的问题247

14.5　代码调优247

14.6　算法设计调优248

14.6.1 问题与解决方案的可能性248

14.6.2　问题描述248

14.6.3　程序249

14.6.4　设计代码251

14.6.5　服务器251

14.6.6　计时252

14.6.7 Socket253

14.6.8 线程256

14.6.9 同步259

14.6.10　文件I/O262

14.6.11 客户端264

14.6.12　代码讨论266

14.6.13　编译选项266

14.6.14　链接库267

14.7　小结268

第Ⅳ部分 Linux服务器应用的性能特征第15章　Web服务器的性能调优271

15.1 引言271

15.2　HTTP请求与响应272

15.3　Web服务器的网络行为273

15.4　Web服务器事务275

15.5　Web服务器模型275

15.6　Web服务器的调优方法276

15.6.1　Web服务器的通用调优机制277

15.6.2　Apache服务器的调优机制277

15.6.3　Flash与事件驱动的其他服务器的调优机制278

15.6.4　Tux的调优机制278

15.6.5　Web服务器的性能评价工具278

15.7　小结279

15.8　参考文献279

第16章　文件与打印服务器的性能调优281

16.1　引言281

16.2　专用网络存储服务器的类型282

16.3 网络存储性能的优化方法282

16.3.1　确定远程存储的数据282

16.3.2　SAN与网络文件系统／NAS282

16.3.3 网络文件系统协议283

16.3.4　客户与服务器的实现选择286

16.3.5　Linux客户端调优的关键概念287

16.3.6　Linux文件服务器的调优机制290

16.3.7　性能测量292

16.3.8　改进容量规划的负荷测量方法292

16.3.9　打印服务器的性能因素293

16.4　参考文献293

第17章　数据库服务器的性能调优295

17.1 引言295

17.2　数据库体系结构295

17.3　数据库的性能调优领域296

17.3.1　I/O调优296

17.3.2 队列长度与响应时间296

17.3.3 负载平衡297

17.3.4　全局内存298

17.3.5 日志设备299

17.3.6　典型的数据库工作负荷300

17.4　进程管理300

17.5 内存管理301

17.6　I/O管理302

17.6.1　回弹缓冲区302

17.6.2　原始I/O302

17.6.3　向量I/O303

17.6.4　异步I/O303

17.6.5　直接I/O303

17.6.6　块I/O304

17.6.7　I/O请求锁304

17.7　小结304

第18章　应用服务器的性能调优305

18.1　引言305

18.2　应用服务器概念305

18.3 Java、J2EE与应用服务器305

18.4　应用服务器的性能特征307

18.4.1　应用服务器的特征308

18.4.2 Linux上的应用服务器308

18.5　性能与高可用性的改进316

18.5.1　SMP扩展性316

18.5.2　集群317

18.5.3　拓扑结构319

18.5.4　性能调优322

18.6　小结324

18.7　参考文献325

第Ⅴ部分　调优案例分析329

第19章　Linux 2.6内核I/O调度器调优案例分析329

19.1 引言329

19.2　基准测试环境与工作负荷概况330

19.3　I/O调度器与性能331

19.4　单CPU单磁盘配置331

19.5　8路RAID-5配置332

19.6 16路RAID-0配置335

19.7　AS串行读性能335

19.8　AS与Deadline的性能336

19.9　CFQ性能337

19.10　小结339

19.11　参考文献339

第20章　文件系统调优实例分析341

20.1　引言341

20.2　文件布局分析341

20.2.1　Ext2/Ext3文件系统布局341

20.2.2 日志文件系统（JFS）布局347

20.2.3　ReiserFS文件系统布局349

20.2.4　XFS文件系统布局351

20.3　文件系统的调优机制353

20.3.1　Ext3的外部日志调优选项353

20.3.2　ReiserFS的外部日志调优选项357

20.3.3　JFS的外部日志调优选项358

20.3.4　XFS的调优选项359

20.4　I/O的测量方法361

20.4.1 iostat361

20.4.2　iostat与sar工具362

20.5　小结367

20.6　参考文献367

第21章　Linux系统网络性能实例分析369

21.1 引言369

21.2　实例分析中使用的基准测试369

21.2.1　NetBench370

21 2.2　Netperf3370

21.2.3　VolanoMark370

21.2.4　SPECWeb99370

21.3　Linux 2.4与2.6内核中的增强机制371

21.3.1　SendFile371

21.3.2　TCP分段卸载373

21.3.3　网络负荷中的进程与IRQ亲合性375

21.3.4　NAPI376

21.3.5　TCP卸载引擎378

21.4　示例分析379

21.4.1　NetBench380

21.4.2　Netperf3（千兆位以太网调优实例分析）381

21.4.3　VolanoMark383

21.4.4　SPECWeb99384

21.5　小结386

21.6　参考文献387

第22章　商用负载调优实例分析389

22.1 引言389

22.2　商用负载调优概述389

22.3　J2EE的标准商用负载模型390

22.4　商用负载模型实例：股票交易390

22.4.1　系统配置391

22.4.2　Trade3的详细信息392

22.4.3　性能分析方法395

22.5　性能分析试验397

22.5.1　Web服务器398

22.5.2　数据库后端程序399

22.5.3　Java虚拟机404

22.5.4　应用服务器406

22.5.5 超线程408

22.6 小结409

22.7　参考文献410

附录A 内核参数调优411

A.1 引言411

A.2 sysctl接口411

A.3 procfs接口412

A.4 sysfs（只针对Linux 2.6内核）413

A.5　通用内核参数413

A.5.1　共享内存413

A.5.2　进程414

A.5.3　信号414

A.5.4　概要分析／调试414

A.5.5　系统414

A.6　虚存参数415

A.7　文件系统参数416

A.8　网络内核参数417

A.8.1 网络核心参数418

A.8.2　ICMP418

A.8.3　邻居419

A.8.4　配置419

A.8.5　路由420

A.8.6　TCP420

A.8.7　IP分段421