如何学习Linux性能优化

这里是学习倪朋飞老师的Linux性能优化的开篇，性能分析和优化始终是大多数软件工程师的一个痛点，确实如此。

正如老师所说，“只要我们理解了应用程序和系统的少数几个基本原理，再进行大量的练习，就能建立整体性能的全观”， 那么大多数的性能问题的优化就会水到渠成；

也许，我们不需要了解你的服务依赖的每个组件的所有实现细节，只需要了解它们最基本的工作原理和协作方式，我们也能找到性能问题的所在；

性能指标

学习性能优化的第一步，就是了解“性能指标” 这个概念；

当看到性能指标时，脑海中会闪过“高并发”和”响应快“这两个词；而它们也正对应着性能优化的两个核心指标-“吞吐”和”延时“。这两个指标是从应用负载的视角来考察性能，直接影响了产品终端的用户体验。

和它们对应的，是从系统资源的视角出发的指标，比如资源使用率、饱和度等。

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我们知道，随着应用负载的增加，系统资源的使用也会增高，甚至达到极限；

而性能问题的本质，就是系统资源已经达到瓶颈，但请求处理却还不够快，无法支撑更多的请求；

性能分析，其实就是找出应用或系统的瓶颈，并设法去避免或者缓解它们，从而更高效地利用系统资源处理更多的请求。

这包含了一系列的步骤，如下面的6个步骤：

  1. 选择指标评估应用程序和系统的性能；
  2. 为应用程序和系统设置性能目标；
  3. 进行性能基准测试；
  4. 性能分析定位瓶颈；
  5. 优化系统和应用程序；
  6. 性能监控和告警；

了解上述性能相关的基本指标和核心步骤后，要谈谈Linux性能优化的几个重要问题；

想要学习好性能分析和优化，建立整体系统性能的全局观是最核心的话题；因而，

  • 理解最基本的几个系统知识原理；
  • 掌握必要的性能工具；
  • 通过实际的场景演练，贯穿不同的组件；

这3点，也就是我们学习中的重中之重；

Linux性能工具图谱

说到性能工具，就不得不提到性能领域的大师布伦-格雷格（Brendan Gregg）,他不仅是动态追踪工具Dtrace的作者，还开发了许许多多的性能工具；下面是他所描绘的Linux性能工具图谱：

  • linux performance observability tools

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  • linux static performance tools

  • linux performance benchmark tools

  • linux performance tuning tools

  • linux performance observability: sar

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  • linux performance observability: perf-tools

  • linux bcc/BPF Tracing tools

  • bpftrace/eBPF Tools

  • BPF Performance Tools: Linux System and Application Observability

老师提供的图：

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上面的图是Linux性能分析最重要的参考资料之一，它告诉我们，在Linux不同的子系统出现性能问题后，应该用什么样的工具来观察和分析；

比如，当遇到I/O性能问题时候，可以参考图片最下方的I/O子系统，使用iostat、iotop、blktrace等工具分析磁盘I/O的瓶颈；

另外还有一点，就是性能工具的选用。合理的性能工具的选用，会大大简化整个性能优化的过程，在什么场景选用什么样的工具，以及怎么学会选择合适工具；

但是千万不要把性能工当成学习的全部， 工具只是解决问题的手段，关键在于我们的用法；只有真正理解了他们背后的原理，并且结合具体场景，融会贯通系统的不同组件，我们才能真正掌握它们；

下面是给出的思维导图：

文件系统

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Linux内核

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CPU

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内存

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应用程序

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架构设计

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网络

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性能监控

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性能测试

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磁盘I/O

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学习技巧

下面是几个学习技巧；

技巧一：虽然系统的原理很重要，但在刚开始一定不要试图抓住所有的实现细节；

深陷到系统实现的内部，可能会让我们丢掉学习的重点，而且繁杂的实现逻辑，可能会打退你学习的积极性，因此一定要适度；

我们可以先学会常见的技巧以及老师列举的系统工作原理，但是不要去深究内核是如何做到的，而是要把你的重点放到如何观察和运用这些原理上，例如：

  • 有哪些指标可以衡量性能？
  • 使用什么样的性能工具来观察指标？
  • 导致这些指标变化的因素等；

技巧二：边学边实践，通过大量的案例演习掌握Linux性能的分析和优化；

只有通过在机器上练习，把讲义讲的知识和案例自己过一遍，才能转化成自己的东西；课程中都是精心设计的案例，实操这些会让我们有更好的学习理解和操作体验；

因此我们应该去实际运行、分析这些案例，或者用学到的知识去分析你自己的系统。这样会有更直观的感受，获得更好的学习效果；

技巧三：勤思考，多反思，善总结，多问为什么；

想真正学懂一门知识，最好的方法就是问问题。当你能提出好问题时候，就说明你已经深入理解了它；