性能之巅

内容简介：

Brendan Gregg 是Joyent公司的首席性能工程师，通过软件栈分析性能和扩展。在Sun Microsystem公司（之后为Oracle）作为首席性能和内核工程师期间，他的工作包括开发ZFS L2ARC，这是一个利用闪速存储器提升性能的文件系统。他还开发了许许多多的性能工具，部分工具收录在Mac OS X和Oracle Solaris 11的发行版中。他最近从事的工作覆盖针对Linux和illumos内核分析的性能可视化。他还是《DTrace》（Prentice Hall出版社，2011年）和《Solaris Performance and Tools》的两书合著者。

译者介绍：

徐章宁，1984年生，毕业于上海交通大学，硕士毕业后一直从事软件运维工作，在云存储与虚拟化领域浸沁多年，现于百度公司担任高级运维工程师，致力于大数据方向运维。钟爱开源软件，平日热爱读书和写作，《算法谜题》《编程格调》合译者。

吴寒思，2010年毕业于南京大学软件学院，目前就职于EMC公司核心技术部从事文件系统研发工作，拥有2项文件系统方面专利。对程序设计、系统存储、云计算和操作系统有浓厚兴趣。

陈磊，1979年生，毕业于同济大学。从事网络、系统和IT管理14年。曾就职于EMC中国卓越研发集团，任实验室经理。目前在互联网金融企业负责基础架构。兴趣广泛，尤其热爱开源软件和其它各类新兴技术的探讨和研究。

作者简介：

Brendan Gregg 是Joyent公司的首席性能工程师，通过软件栈分析性能和扩展。在Sun Microsystem公司（之后为Oracle）作为首席性能和内核工程师期间，他的工作包括开发ZFS L2ARC，这是一个利用闪速存储器提升性能的文件系统。他还开发了许许多多的性能工具，部分工具收录在Mac OS X和Oracle Solaris 11的发行版中。他最近从事的工作覆盖针对Linux和illumos内核分析的性能可视化。他还是《DTrace》（Prentice Hall出版社，2011年）和《Solaris Performance and Tools》的两书合著者。

译者介绍：

徐章宁，1984年生，毕业于上海交通大学，硕士毕业后一直从事软件运维工作，在云存储与虚拟化领域浸沁多年，现于百度公司担任高级运维工程师，致力于大数据方向运维。钟爱开源软件，平日热爱读书和写作，《算法谜题》《编程格调》合译者。

吴寒思，2010年毕业于南京大学软件学院，目前就职于EMC公司核心技术部从事文件系统研发工作，拥有2项文件系统方面专利。对程序设计、系统存储、云计算和操作系统有浓厚兴趣。

陈磊，1979年生，毕业于同济大学。从事网络、系统和IT管理14年。曾就职于EMC中国卓越研发集团，任实验室经理。目前在互联网金融企业负责基础架构。兴趣广泛，尤其热爱开源软件和其它各类新兴技术的探讨和研究。

目录：

第1 章 绪论 ...................................................................................... 1

1.1 系统性能 ............................................................................................ 1

1.2 人员 ................................................................................................2

1.3 事情 ................................................................................................3

1.4 视角 ................................................................................................4

1.5 性能是充满挑战的 ...................................................................................... 4

1.5.1 性能是主观的 ........................................................................................................... 4

1.5.2 系统是复杂的 ........................................................................................................... 5

1.5.3 可能有多个问题并存 ............................................................................................... 6

1.6 延时 .................................................................................... 6

1.7 动态跟踪 ......................................................................................................... 7

1.8 云计算 ........................................................................................................... 8

1.9 案例研究 ....................................................................................................... 8

1.9.1 缓慢的磁盘 ............................................................................................................... 9

1.9.2 软件变更 ................................................................................................................. 10

1.9.3 更多阅读 ................................................................................................................. 12

第2 章 方法 .............................................................................................................. 13

2.1 术语 .................................................................................................................. 14

2.2 模型 .......................................................................................................... 14

2.2.1 受测系统 ................................................................................................................. 15

2.2.2 排队系统 ................................................................................................................. 15

2.3 概念 ........................................................................................................... 16

2.3.1 延时 ......................................................................................................................... 16

2.3.2 时间量级 ................................................................................................................. 17

2.3.3 权衡三角 ................................................................................................................. 18

2.3.4 调整的影响 ............................................................................................................. 19

2.3.5 合适的层级 ............................................................................................................. 19

2.3.6 性能建议的时间点 ................................................................................................. 20

2.3.7 负载vs.架构 ............................................................................................................ 20

2.3.8 扩展性 ..................................................................................................................... 21

2.3.9 已知的未知 ............................................................................................................. 22

2.3.10 指标 ....................................................................................................................... 23

2.3.11 使用率 ................................................................................................................... 24

2.3.12 饱和度 ................................................................................................................... 25

2.3.13 剖析 ....................................................................................................................... 26

2.3.14 缓存 ....................................................................................................................... 26

2.4 视角 ............................................................................................................. 28

2.4.1 资源分析 ................................................................................................................. 28

2.4.2 工作负载分析 ......................................................................................................... 29

2.5 方法 .......................................................................................................... 30

2.5.1 街灯反方法 ............................................................................................................. 31

2.5.2 随机变动反方法 ..................................................................................................... 32

2.5.3 责怪他人反方法 ..................................................................................................... 32

2.5.4 ad hoc 核对清单法 .................................................................................................. 33

2.5.5 问题陈述法 ............................................................................................................. 33

2.5.6 科学法 ..................................................................................................................... 34

2.5.7 诊断循环 ................................................................................................................. 35

2.5.8 工具法 ..................................................................................................................... 35

2.5.9 USE 方法 .................................................................................................................. 36

2.5.10 工作负载特征归纳 ............................................................................................... 42

2.5.11 向下挖掘分析 ....................................................................................................... 43

2.5.12 延时分析 ............................................................................................................... 44

2.5.13 R 方法 ................................................................................................................... 45

2.5.14 事件跟踪 ............................................................................................................... 45

2.5.15 基础线统计 ........................................................................................................... 47

2.5.16 静态性能调整 ....................................................................................................... 47

2.5.17 缓存调优 ............................................................................................................... 47

2.5.18 微基准测试 ........................................................................................................... 48

2.6 建模 ...................................................................................................... 49

2.6.1 企业vs.云 ................................................................................................................ 49

2.6.2 可视化识别 ............................................................................................................. 49

2.6.3 Amdahl 扩展定律 ................................................................................................... 51

2.6.4 通用扩展定律 ......................................................................................................... 52

2.6.5 排队理论 ................................................................................................................. 52

2.7 容量规划 ...................................................................................................... 56

2.7.1 资源极限 ................................................................................................................. 56

2.7.2 因素分析 ................................................................................................................. 58

2.7.3 扩展方案 ................................................................................................................. 58

2.8 统计 .................................................................................................. 59

2.8.1 量化性能 ................................................................................................................. 59

2.8.2 平均值 ..................................................................................................................... 60

2.8.3 标准方差、百分位数、中位数 ............................................................................. 61

2.8.4 变异系数 ................................................................................................................. 62

2.8.5 多重模态分布 ......................................................................................................... 62

2.8.6 异常值 ..................................................................................................................... 63

2.9 监视 ................................................................................................... 63

2.9.1 基于时间的规律 ..................................................................................................... 63

2.9.2 监测产品 ................................................................................................................. 65

2.9.3 启动以来的信息统计 ............................................................................................. 65

2.10 可视化 .................................................................................................. 65

2.10.1 线图 ....................................................................................................................... 65

2.10.2 散点图 ................................................................................................................... 66

2.10.3 热图 ....................................................................................................................... 67

2.10.4 表面图 ................................................................................................................... 68

2.10.5 可视化工具 ........................................................................................................... 69

2.11 练习 .................................................................................................. 70

2.12 参考 ............................................................................................................ 70

第3 章 操作系统 .......................................................................................... 72

3.1 术语 ............................................................................................................ 72

3.2 背景 ................................................................................................................... 73

3.2.1 内核 ......................................................................................................................... 73

3.2.2 栈 ............................................................................................................................. 76

3.2.2 中断和中断线程 ..................................................................................................... 77

3.2.4 中断优先级 ............................................................................................................. 78

3.2.5 进程 ......................................................................................................................... 78

3.2.6 系统调用 ................................................................................................................. 80

3.2.7 虚拟内存 ................................................................................................................. 82

3.2.8 内存管理 ................................................................................................................. 82

3.2.9 调度器 ..................................................................................................................... 83

3.2.10 文件系统 ............................................................................................................... 84

3.2.11 缓存 ....................................................................................................................... 86

3.2.12 网络 ....................................................................................................................... 87

3.2.13 设备驱动 ............................................................................................................... 87

3.2.14 多处理器 ............................................................................................................... 87

3.2.15 抢占 ....................................................................................................................... 88

3.2.16 资源管理 ............................................................................................................... 88

3.2.17 观测性 ................................................................................................................... 89

3.3 内核 ................................................................................................................ 89

3.3.1 UNIX ................................................................................................... 90

3.3.2 基于Solaris ............................................................................................................. 90

3.3.3 基于Linux ............................................................................................................... 93

3.3.4 差异 ......................................................................................................................... 95

3.4 练习 ............................................................................................................. 96

3.5 参考 ....................................................................................................... 96

第4 章 观测工具 ....................................................................................... 98

4.1 工具类型 .................................................................................................. 98

4.1.1 计数器 ..................................................................................................................... 99

4.1.2 跟踪 ....................................................................................................................... 100

4.1.3 剖析 ....................................................................................................................... 101

4.1.4 监视（sar） ........................................................................................................... 102

4.2 观测来源 ....................................................................................................... 103

4.2.1 /proc ....................................................................................................................... 103

4.2.2 /sys ......................................................................................................................... 108

4.2.3 kstat ........................................................................................................................ 109

4.2.4 延时核算 ............................................................................................................... 111

4.2.5 微状态核算 ........................................................................................................... 112

4.2.6 其他的观测源 ....................................................................................................... 112

4.3 DTrace .................................................................................................... 114

4.3.1 静态和动态跟踪 ................................................................................................... 115

4.3.2 探针 ....................................................................................................................... 116

4.3.3 provider .................................................................................................................. 116

4.3.4 参数 ....................................................................................................................... 117

4.3.5 D 语言 ................................................................................................................... 117

4.3.6 内置变量 ............................................................................................................... 118

4.3.7 action ..................................................................................................................... 118

4.3.8 变量类型 ............................................................................................................... 119

4.3.9 单行命令 ............................................................................................................... 121

4.3.10 脚本 ..................................................................................................................... 121

4.3.11 开销 ..................................................................................................................... 122

4.3.12 文档和资源 ......................................................................................................... 123

4.4 SystemTap ................................................................................................... 124

4.4.1 探针 ....................................................................................................................... 124

4.4.2 tapset ...................................................................................................................... 125

4.4.3 action 和内置变量................................................................................................. 125

4.4.4 示例 ....................................................................................................................... 125

4.4.5 开销 ....................................................................................................................... 127

4.4.6 文档和资源 ........................................................................................................... 128

4.5 perf ......................................................................................................................... 128

4.6 观测工具的观测 .............................................................................................. 129

4.7 练习 .............................................................................................................. 130

4.8 参考 .............................................................................................................. 130

第5 章 应用程序 ............................................................................................. 131

5.1 应用程序基础 ................................................................................................ 131

5.1.1 目标 ....................................................................................................................... 132

5.1.2 常见情况的优化 ................................................................................................... 133

5.1.3 观测性 ................................................................................................................... 134

5.1.4 大O 标记法 .......................................................................................................... 134

5.2 应用程序性能技术 ........................................................................................... 135

5.2.1 选择I/O 尺寸 ........................................................................................................ 135

5.2.2 缓存 ....................................................................................................................... 136

5.2.3 缓冲区 ................................................................................................................... 136

5.2.4 轮询 ....................................................................................................................... 136

5.2.5 并发和并行 ........................................................................................................... 137

5.2.6 非阻塞I/O ............................................................................................................. 139

5.2.7 处理器绑定 ........................................................................................................... 139

5.3 编程语言 ......................................................................................................... 140

5.3.1 编译语言 ............................................................................................................... 140

5.3.2 解释语言 ............................................................................................................... 141

5.3.3 虚拟机 ................................................................................................................... 142

5.3.4 垃圾回收 ............................................................................................................... 142

5.4 方法和分析 ................................................................................................ 143

5.4.1 线程状态分析 ....................................................................................................... 143

5.4.2 CPU 剖析 .............................................................................................................. 146

5.4.3 系统调用分析 ....................................................................................................... 148

5.4.4 I/O 剖析 ................................................................................................................. 154

5.4.5 工作负载特征归纳 ............................................................................................... 155

5.4.6 USE 方法 ............................................................................................................... 155

5.4.7 向下挖掘法 ........................................................................................................... 156

5.4.8 锁分析 ...................................................................................................... 156

5.4.9 静态性能调优 ................................................................................. 159

5.5 练习 ......................................................................................................... 160

5.6 参考 ...................................................................................................... 161

第6 章 CPU ............................................................................................. 162

6.1 术语 ..................................................................................................... 163

6.2 模型 ........................................................................................................ 163

6.2.1 CPU 架构 .............................................................................................................. 163

6.2.2 CPU 内存缓存 ...................................................................................................... 164

6.2.3 CPU 运行队列 ...................................................................................................... 165

6.3 概念 ............................................................................................................ 165

6.3.1 时钟频率 ............................................................................................................... 165

6.3.2 指令 ....................................................................................................................... 166

6.3.3 指令流水线 ........................................................................................................... 166

6.3.4 指令宽度 ............................................................................................................... 167

6.3.5 CPI，IPC ............................................................................................................... 167

6.3.6 使用率 ................................................................................................................... 167

6.3.7 用户时间/内核时间 .............................................................................................. 168

6.3.8 饱和度 ................................................................................................................... 168

6.3.9 抢占 ....................................................................................................................... 168

6.3.10 优先级反转 ......................................................................................................... 169

6.3.11 多进程，多线程 ................................................................................................. 169

6.3.12 字长 ..................................................................................................................... 170

6.3.13 编译器优化 ......................................................................................................... 171

6.4 架构 ......................................................................................................... 171

6.4.1 硬件 ....................................................................................................................... 171

6.4.2 软件 ....................................................................................................................... 179

6.5 方法 .................................................................................................................. 184

6.5.1 工具法 ................................................................................................................... 184

6.5.2 USE 方法 ............................................................................................................... 185

6.5.3 负载特征归纳 ....................................................................................................... 186

6.5.4 剖析 ....................................................................................................................... 187

6.5.5 周期分析 ............................................................................................................... 188

6.5.6 性能监控 ............................................................................................................... 189

6.5.7 静态性能调优 ....................................................................................................... 189

6.5.8 优先级调优 ........................................................................................................... 189

6.5.9 资源控制 ............................................................................................................... 190

6.5.10 CPU 绑定 ............................................................................................................ 190

6.5.11 微型基准测试 ..................................................................................................... 191

6.5.12 扩展 ..................................................................................................................... 191

6.6 分析 ........................................................................................................... 192

6.6.1 uptime .................................................................................................................... 192

6.6.2 vmstat .................................................................................................................... 194

6.6.3 mpstat .................................................................................................................... 195

6.6.4 sar .......................................................................................................................... 197

6.6.5 ps............................................................................................................................ 198

6.6.6 top .......................................................................................................................... 199

6.6.7 prstat ...................................................................................................................... 200

6.6.8 pidstat .................................................................................................................... 201

6.6.9 time 和ptime ......................................................................................................... 202

6.6.10 DTrace ................................................................................................................. 203

6.5.11 SystemTap ........................................................................................................... 209

6.6.12 perf ....................................................................................................................... 209

6.6.13 cpustat .................................................................................................................. 215

6.6.14 其他工具 ............................................................................................................. 216

6.6.15 可视化 ................................................................................................................. 216

6.7 实验 ...................................................................................................... 219

6.7.1 Ad Hoc ................................................................................................................... 219

6.7.2 SysBench ............................................................................................................... 220

6.8 调优 ........................................................................................................... 220

6.8.1 编译器选项 ........................................................................................................... 221

6.8.2 调度优先级和调度类 ........................................................................................... 221

6.8.3 调度器选项 ........................................................................................................... 221

6.8.4 进程绑定 ............................................................................................................... 223

6.8.5 独占CPU 组 ......................................................................................................... 224

6.8.6 资源控制 ............................................................................................................... 224

6.8.7 处理器选项（BIOS 调优） ................................................................................. 224

6.9 练习 ............................................................................................... 225

6.10 参考资料 ................................................................................................... 226

第7 章 内存 ........................................................................................................... 228

7.1 术语 ................................................................................................................... 229

7.2 概念 ...................................................................................................... 229

7.2.1 虚拟内存 ............................................................................................................... 230

7.2.2 换页 ....................................................................................................................... 230

7.2.3 按需换页 ............................................................................................................... 231

7.2.4 过度提交 ............................................................................................................... 233

7.2.5 交换 ....................................................................................................................... 233

7.2.6 文件系统缓存占用 ............................................................................................... 233

7.2.7 使用率和饱和度 ................................................................................................... 234

7.2.8 分配器 ................................................................................................................... 234

7.2.9 字长 ....................................................................................................................... 234

7.3 架构 ......................................................................................................... 234

7.3.1 硬件 ....................................................................................................................... 235

7.3.2 软件 ....................................................................................................................... 239

7.3.3 进程地址空间 ....................................................................................................... 244

7.4 方法 ........................................................................................................ 248

7.4.1 工具法 ................................................................................................................... 249

7.4.2 USE 方法 ............................................................................................................... 249

7.4.3 使用特征归纳 ....................................................................................................... 250

7.4.4 周期分析 ............................................................................................................... 251

7.4.5 性能监测 ............................................................................................................... 251

7.4.6 泄漏检测 ............................................................................................................... 252

7.4.7 静态性能调优 ....................................................................................................... 252

7.4.8 资源控制 ............................................................................................................... 253

7.4.9 微基准测试 ........................................................................................................... 253

7.5 分析 ................................................................................................... 253

7.5.1 vmstat .................................................................................................................... 254

7.5.2 sar .......................................................................................................................... 256

7.5.3 slabtop .................................................................................................................... 259

7.5.4 ::kmstat .................................................................................................................. 260

7.5.5 ps............................................................................................................................ 261

7.5.6 top .......................................................................................................................... 262

7.5.7 prstat ...................................................................................................................... 263

7.5.8 pmap ...................................................................................................................... 264

7.5.9 DTrace ................................................................................................................... 265

7.5.10 SystemTap ........................................................................................................... 269

7.5.11 其他工具 ............................................................................................................. 269

7.6 调优 .................................................................................. 270

7.6.1 可调参数 ................................................................................................................. 271

7.6.2 多个页面大小 ....................................................................................................... 273

7.6.3 分配器 ................................................................................................................... 274

7.6.4 资源控制 ............................................................................................................... 274

7.7 练习 .......................................................................................................... 274

7.8 参考资料 ............................................................................................................ 276

第8 章 文件系统 ................................................................................................... 278

8.1 术语 ................................................................................................................... 279

8.2 模型 .................................................................................................................. 279

8.2.1 文件系统接口 ....................................................................................................... 279

8.2.2 文件系统缓存 ....................................................................................................... 280

8.2.3 二级缓存 ............................................................................................................... 281

8.3 概念 ..................................................................................................... 281

8.3.1 文件系统延时 ....................................................................................................... 281

8.3.2 缓存 ....................................................................................................................... 282

8.3.3 随机与顺序I/O ..................................................................................................... 282

8.3.4 预取 ....................................................................................................................... 283

8.3.5 预读 ....................................................................................................................... 284

8.3.6 写回缓存 ............................................................................................................... 284

8.3.7 同步写 ................................................................................................................... 284

8.3.8 裸I/O 和直接I/O .................................................................................................. 285

8.3.9 非阻塞I/O ............................................................................................................. 285

8.3.10 内存映射文件 ..................................................................................................... 286

8.3.11 元数据 ................................................................................................................. 286

8.3.12 逻辑I/O vs.物理I/O ........................................................................................... 287

8.3.13 操作并非不平等 ................................................................................................. 288

8.3.14 特殊文件系统 ..................................................................................................... 289

8.3.15 访问时间戳 ......................................................................................................... 289

8.3.16 容量 ..................................................................................................................... 289

8.4 架构 .................................................................................................................. 290

8.4.1 文件系统I/O 栈 .................................................................................................... 290

8.4.2 VFS ........................................................................................................................ 291

8.4.3 文件系统缓存 ....................................................................................................... 291

8.4.4 文件系统特性 ....................................................................................................... 296

8.4.5 文件系统种类 ....................................................................................................... 297

8.4.6 卷和池 ................................................................................................................... 302

8.5 方法 ................................................................................................................ 303

8.5.1 磁盘分析 ............................................................................................................... 304

8.5.2 延时分析 ............................................................................................................... 304

8.5.3 负载特征归纳 ....................................................................................................... 306

8.5.4 性能监控 ............................................................................................................... 308

8.5.5 事件跟踪 ............................................................................................................... 308

8.5.6 静态性能调优 ....................................................................................................... 309

8.5.7 缓存调优 ............................................................................................................... 310

8.5.8 负载分离 ............................................................................................................... 310

8.5.9 内存文件系统 ....................................................................................................... 310

8.5.10 微型基准测试 ..................................................................................................... 310

8.6 分析 .................................................................................................................. 312

8.6.1 vfsstat ..................................................................................................................... 312

8.6.2 fsstat ....................................................................................................................... 313

8.6.3 strace、truss .......................................................................................................... 314

8.6.4 DTrace ................................................................................................................... 314

8.6.5 SystemTap ............................................................................................................. 323

8.6.6 LatencyTOP ........................................................................................................... 323

8.6.7 free ......................................................................................................................... 324

8.6.8 top .......................................................................................................................... 324

8.6.9 vmstat .................................................................................................................... 324

8.6.10 sar ........................................................................................................................ 325

8.6.11 slabtop .................................................................................................................. 326

8.6.12 mdb ::kmastat ...................................................................................................... 327

8.6.13 fcachestat ............................................................................................................. 327

8.6.14 /proc/meminfo ..................................................................................................... 328

8.6.15 mdb ::memstat ..................................................................................................... 328

8.6.16 kstat ...................................................................................................................... 329

8.6.17 其他工具 ............................................................................................................. 330

8.6.18 可视化 ................................................................................................................. 331

8.7 实验 ................................................................................................................. 331

8.7.1 Ad Hoc ................................................................................................................... 332

8.7.2 微型基准测试工具 ............................................................................................... 332

8.7.3 缓存写回 ............................................................................................................... 334

8.8 调优 ..................................................................................................... 334

8.8.1 应用程序调用 ....................................................................................................... 335

8.8.2 ext3 ........................................................................................................................ 336

8.8.3 ZFS ........................................................................................................................ 336

8.9 练习 ................................................................................................................. 338

8.10 参考资料 ........................................................................................................ 339

第9 章 磁盘 ...................................................................................................... 341

9.1 术语 ............................................................................................................... 342

9.2 模型 .................................................................................................................. 342

9.2.1 简单磁盘 ............................................................................................................... 342

9.2.2 缓存磁盘 ............................................................................................................... 343

9.2.3 控制器 ................................................................................................................... 344

9.3 概念 .................................................................................................................... 344

9.3.1 测量时间 ............................................................................................................... 344

9.3.2 时间尺度 ............................................................................................................... 346

9.3.3 缓存 ....................................................................................................................... 347

9.3.4 随机 vs 连续I/O ................................................................................................. 347

9.3.5 读/写比 .................................................................................................................. 348

9.3.6 I/O 大小 ................................................................................................................. 348

9.3.7 IOPS 并不平等 ...................................................................................................... 349

9.3.8 非数据传输磁盘命令 ........................................................................................... 349

9.3.9 使用率 ................................................................................................................... 349

9.3.10 饱和度 ................................................................................................................. 350

9.3.11 I/O 等待 ............................................................................................................... 350

9.3.12 同步 vs 异步 ...................................................................................................... 351

9.3.13 磁盘 vs 应用程序I/O ....................................................................................... 351

9.4 架构 .............................................................................................................. 352

9.4.1 磁盘类型 ............................................................................................................... 352

9.4.2 接口 ....................................................................................................................... 357

9.4.3 存储类型 ............................................................................................................... 358

9.4.4 操作系统磁盘I/O 栈 ............................................................................................ 360

9.5 方法 ................................................................................................................... 363

9.5.1 工具法 ................................................................................................................... 364

9.5.2 USE 方法 ............................................................................................................... 364

9.5.3 性能监控 ............................................................................................................... 365

9.5.4 负载特征归纳 ....................................................................................................... 366

9.5.5 延时分析 ............................................................................................................... 367

9.5.6 事件跟踪 ............................................................................................................... 368

9.5.7 静态性能调优 ....................................................................................................... 369

9.5.8 缓存调优 ............................................................................................................... 370

9.5.9 资源控制 ............................................................................................................... 370

9.5.10 微基准测试 ......................................................................................................... 370

9.5.11 伸缩 ..................................................................................................................... 371

9.6 分析 ............................................................................................................ 372

9.6.1 iostat ...................................................................................................................... 373

9.6.2 sar .......................................................................................................................... 380

9.6.3 pidstat .................................................................................................................... 381

9.6.4 DTrace ................................................................................................................... 382

9.6.5 SystemTap ............................................................................................................. 390

9.6.6 perf ......................................................................................................................... 390

9.6.7 iotop ....................................................................................................................... 391

9.6.8 iosnoop .................................................................................................................. 393

9.6.9 blktrace .................................................................................................................. 396

9.6.10 MegaCli ............................................................................................................... 397

9.6.11 smartctl ................................................................................................................ 398

9.6.12 可视化 ................................................................................................................. 399

9.7 实验 .......................................................................................................... 402

9.7.1 Ad Hoc ................................................................................................................... 402

9.7.2 自定义负载生成器 ............................................................................................... 403

9.7.3 微基准测试工具 ................................................................................................... 403

9.7.4 随机读示例 ........................................................................................................... 403

9.8 调优 .............................................................................................................. 404

9.8.1 操作系统可调参数 ............................................................................................... 404

9.8.2 磁盘设备可调参数 ............................................................................................... 406

9.8.3 磁盘控制器可调参数 ........................................................................................... 406

9.9 练习 .............................................................................................................. 407

9.10 参考资料 ................................................................................................ 408

第10 章 网络 .................................................................................................... 410

10.1 术语 ........................................................................................................... 411

10.2 模型 ............................................................................................................ 411

10.2.1 网络接口 ............................................................................................................. 411

10.2.2 控制器 ................................................................................................................. 412

10.2.3 协议栈 ................................................................................................................. 412

10.3 概念 .......................................................................................................... 413

10.3.1 网络和路由 ......................................................................................................... 413

10.3.2 协议 ..................................................................................................................... 414

10.3.3 封装 ..................................................................................................................... 414

10.3.4 包长度 ................................................................................................................. 414

10.3.5 延时 ..................................................................................................................... 415

10.3.6 缓冲 ..................................................................................................................... 417

10.3.7 连接积压队列 ..................................................................................................... 417

10.3.8 接口协商 ............................................................................................................. 417

10.3.9 使用率 ................................................................................................................. 418

10.3.10 本地连接 ........................................................................................................... 418

10.4 架构 .......................................................................................................... 418

10.4.1 协议 ..................................................................................................................... 418

10.4.2 硬件 ..................................................................................................................... 421

10.4.3 软件 ..................................................................................................................... 423

10.5 方法 ................................................................................................. 427

10.5.1 工具法 ....................................................................................................... 428

10.5.2 USE 方法 ............................................................................................................. 428

10.5.3 工作负载特征归纳 ............................................................................................. 429

10.5.4 延时分析 ............................................................................................................. 430

10.5.5 性能监测 ............................................................................................................. 431

10.5.6 数据包嗅探 ......................................................................................................... 431

10.5.7 TCP 分析 ............................................................................................................. 432

10.5.8 挖掘分析 ............................................................................................................. 433

10.5.9 静态性能调优 ..................................................................................................... 433

10.5.10 资源控制 ........................................................................................................... 434

10.5.11 微基准测试 ....................................................................................................... 434

10.6 分析 ......................................................................................................... 435

10.6.1 netstat ................................................................................................................... 435

10.6.2 sar ........................................................................................................................ 440

10.6.3 ifconfig ................................................................................................................ 442

10.6.4 ip .......................................................................................................................... 443

10.6.5 nicstat ................................................................................................................... 443

10.6.6 dladm ................................................................................................................... 444

10.6.7 ping ...................................................................................................................... 445

10.6.8 traceroute ............................................................................................................. 445

10.6.9 pathchar ............................................................................................................... 446

10.6.10 tcpdump ................................................................................................................ 446

10.6.11 snoop .................................................................................................................. 447

10.6.12 Wireshark ........................................................................................................... 450

10.6.13 DTrace ............................................................................................................... 450

10.6.14 SystemTap ......................................................................................................... 461

10.6.15 perf ..................................................................................................................... 461

10.6.16 其他工具 ........................................................................................................... 462

10.7 实验 ..................................................................................................... 463

10.7.1 iperf ...................................................................................................................... 463

10.8 调优 ............................................................................................................... 464

10.8.1 Linux .................................................................................................................... 465

10.8.2 Solaris .................................................................................................................. 467

10.8.3 配置 ..................................................................................................................... 469

10.9 练习 .............................................................................................................. 470

10.10 参考 ....................................................................................................... 471

第11 章 云计算 ........................................................................................................ 473

11.1 背景 ............................................................................................................... 474

11.1.1 性价比 ..................................................................................................... 474

11.1.2 可扩展的架构 ..................................................................................................... 474

11.1.3 容量规划 ............................................................................................................. 475

11.1.4 存储 ..................................................................................................................... 477

11.1.5 多租户 ................................................................................................................. 477

11.2 OS 虚拟化 ..................................................................................................... 478

11.2.1 系统开销 ............................................................................................................. 479

11.2.2 资源控制 ............................................................................................................. 481

11.2.3 可观测性 ............................................................................................................. 484

11.3 硬件虚拟化 .............................................................................................. 489

11.3.1 系统开销 ............................................................................................................. 490

11.3.2 资源控制 ............................................................................................................. 495

11.3.3 可观测性 ............................................................................................................. 498

11.4 比较 ..................................................................................................................... 503

11.5 练习 .................................................................................................................. 505

11.6 参考资料 ............................................................................................................... 506

第12 章 基准测试 ................................................................................................... 508

12.1 背景 ................................................................................................................ 508

12.1.1 事情 ..................................................................................................................... 509

12.1.2 有效的基准测试 ................................................................................................. 509

12.1.3 基准测试之罪 ..................................................................................................... 511

12.2 基准测试的类型 ............................................................................................... 516

12.2.1 微基准测试 ......................................................................................................... 517

12.2.2 模拟 ..................................................................................................................... 518

12.2.3 回放 ..................................................................................................................... 519

12.2.4 行业标准 ............................................................................................................. 519

12.3 方法 ......................................................................................................... 521

12.3.1 被动基准测试 ..................................................................................................... 521

12.3.2 主动基准测试 ..................................................................................................... 522

12.3.3 CPU 剖析 ............................................................................................................ 524

12.3.4 USE 方法 ............................................................................................................. 525

12.3.5 工作负载特征归纳 ............................................................................................. 526

12.3.6 自定义基准测试 ................................................................................................. 526

12.3.7 逐渐增加负载 ..................................................................................................... 526

12.3.8 完整性检查 ......................................................................................................... 528

12.3.9 统计分析 ............................................................................................................. 529

12.4 基准测试问题 ................................................................................................. 530

12.5 练习 ................................................................................................................... 531

12.6 参考 ........................................................................................................... 532

第13 章 案例研究 ............................................................................................. 534

13.1 案例研究：红鲸 .............................................................................................. 534

13.1.1 问题陈述 ............................................................................................................. 535

13.1.2 支持 ..................................................................................................................... 536

13.1.3 上手 ..................................................................................................................... 537

13.1.4 选择征途 ............................................................................................................. 538

13.1.5 USE 方法 ............................................................................................................. 539

13.1.6 我们做完了吗 ..................................................................................................... 542

13.1.7 二度出击 ............................................................................................................. 542

13.1.8 基础 ..................................................................................................................... 543

13.1.9 忽略红鲸 ............................................................................................................. 544

13.1.10 审问内核 ........................................................................................................... 545

13.1.11 为什么 ............................................................................................................... 546

13.1.12 尾声 ................................................................................................................... 548

13.2 结语 ........................................................................................................ 548

13.3 附加信息 ............................................................................................................... 549

13.4 参考 ..................................................................................................................... 549

附录A USE 法：Linux ........................................................................................................ 551

附录B USE 法：Solaris ..................................................................................................... 556

附录C sar 总结 ............................................................................................. 561

附录D DTrace 单行命令 ....................................................................................... 563

附录E 从DTrace 到SystemTap ........................................................................................ 573

附录F 精选练习题答案 ....................................................................................... 582

附录G 系统性能名人录 ...................................................................................... 585

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