Linux 性能工具速查表

我们可以从系统和应用程序两个角度，来进行性能优化：

• 从系统的角度来说，主要是对 CPU、内存、网络、磁盘 I/O 以及内核软件资源等进行优化。
• 而从应用程序的角度来说，主要是简化代码、降低 CPU 使用、减少网络请求和磁盘 I/O，并借助缓存、异步处理、多进程和多线程等，提高应用程序的吞吐能力。

性能优化最好逐步完善，动态进行。不要追求一步到位，而要首先保证能满足当前的性能要求。性能优化通常意味着复杂度的提升，也意味着可维护性的降低。

如果发现单机的性能调优带来过高复杂度，一定不要沉迷于单机的极限性能，而要从软件架构的角度，以水平扩展的方法来提升性能。

工欲善其事，必先利其器。我们知道，在性能分析和优化时，借助合适的性能工具，可以让整个
过程事半功倍。你还记得有哪些常用的性能工具吗？今天，我们就一起梳理一下常用的性能工具，以便我们在需要时，可以迅速找到自己想要的。

性能工具速查

CPU 性能工具

首先，从 CPU 的角度来说，主要的性能指标就是 CPU 的使用率、上下文切换以及 CPU Cache 的 命中率等。下面这张图就列出了常见的 CPU 性能指标。

从这些指标出发，再把 CPU 使用率，划分为系统和进程两个维度，就可以得到，下面这个 CPU 性能工具速查表。注意，因为每种性能指标都可能对应多种工具，在每个指标的说明中， 都总结了这些工具的特点和注意事项。这些也是你需要特别关注的地方。

内存性能工具

从内存的角度来说，主要的性能指标，就是系统内存的分配和使用、进 程内存的分配和使用以及 SWAP 的用量。下面这张图列出了常见的内存性能指标。

从这些指标出发，我们就可以得到如下表所示的内存性能工具速查表。同 CPU 性能工具一样，这儿也梳理了，常见工具的特点和注意事项。

磁盘 I/O 性能工具

从文件系统和磁盘 I/O 的角度来说，主要性能指标，就是文件系统的使用、缓存和缓冲 区的使用，以及磁盘 I/O 的使用率、吞吐量和延迟等。下面这张图列出了常见的 I/O 性能指标。

从这些指标出发，我们就可以得到，下面这个文件系统和磁盘 I/O 性能工具速查表。

网络性能工具

从网络的角度来说，主要性能指标就是吞吐量、响应时间、连接数、丢包数等。根据 TCP/IP 网络协议栈的原理，我们可以把这些性能指标，进一步细化为每层协议的具体指标。这里同样用一张图，分别从链路层、网络层、传输层和应用层，列出了各层的主要指标。

从这些指标出发，我们就可以得到下面的网络性能工具速查表。

基准测试工具

除了性能分析外，很多时候，我们还需要对系统性能进行基准测试。比如：

• 在文件系统和磁盘 I/O 模块中，我们使用 fio 工具，测试了磁盘 I/O 的性能。
• 在网络模块中，我们使用 iperf、pktgen 等，测试了网络的性能。
• 而在很多基于 Nginx 的案例中，我们则使用 ab、wrk 等，测试 Nginx 应用的性能。

除了这些工具外，对于 Linux 的各个子系统来说，还有很多其他的基准测试工具可能会用到。下面这张图，是 Brendan Gregg 整理的 Linux 基准测试工具图谱，可以保存下来，在需要时参考。

总结

我们一起梳理了常见的性能工具，并从 CPU、内存、文件系统和磁盘 I/O、网络以及基准 测试等不同的角度，汇总了各类性能指标所对应的性能工具速查表。

当分析性能问题时，大的来说，主要有这么两个步骤：

1. 第一步，从性能瓶颈出发，根据系统和应用程序的运行原理，确认待分析的性能指标。
2. 第二步，根据这些图表，选出最合适的性能工具，然后了解并使用工具，从而更快观测到需要
   的性能数据。

虽然 Linux 的性能指标和性能工具都比较多，但熟悉了各指标含义后，你自然就会发现这些工具 同性能指标间的关联。顺着这个思路往下走，掌握这些工具的选用其实并不难。

当然，正如我们一直强调的，不要把性能工具当成性能分析和优化的全部。

• 一方面，性能分析和优化的核心，是对系统和应用程序运行原理的掌握，而性能工具只是辅助你更快完成这个过程的帮手。
• 另一方面，完善的监控系统，可以提供绝大部分性能分析所需的基准数据。从这些数据中，你很可能就能大致定位出性能瓶颈，也就不用再去手动执行各类工具了。

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