① linux 性能優化-- cpu 切換以及cpu過高
本文先介紹了cpu上下文切換的基礎知識，以及上下文切換的類型（進程，線程等切換）。然後介紹了如何查看cpu切換次數的工具和指標的解釋。同時對日常分析種cpu過高的情況下如何分析和定位的方法做了一定的介紹，使用一個簡單的案例進行分析，先用top，pidstat等工具找出佔用過高的進程id，然後通過分析到底是用戶態cpu過高，還是內核態cpu過高，並用perf 定位到具體的調用函數。（來自極客時間課程學習筆記）
1、多任務競爭CPU，cpu變換任務的時候進行CPU上下文切換(context switch)。CPU執行任務有4種方式：進程、線程、或者硬體通過觸發信號導致中斷的調用。
2、當切換任務的時候，需要記錄任務當前的狀態和獲取下一任務的信息和地址(指針)，這就是上下文的內容。因此，上下文是指某一時間點CPU寄存器(CPU register)和程序計數器(PC)的內容, 廣義上還包括內存中進程的虛擬地址映射信息.
3、上下文切換的過程：
4、根據任務的執行形式，相應的下上文切換，有進程上下文切換、線程上下文切換、以及中斷上下文切換三類。
5、進程和線程的區別：
進程是資源分配和執行的基本單位；線程是任務調度和運行的基本單位。線程沒有資源，進程給指針提供虛擬內存、棧、變數等共享資源，而線程可以共享進程的資源。
6、進程上下文切換：是指從一個進程切換到另一個進程。
(1)進程運行態為內核運行態和進程運行態。內核空間態資源包括內核的堆棧、寄存器等；用戶空間態資源包括虛擬內存、棧、變數、正文、數據等
(2)系統調用(軟中斷)在內核態完成的，需要進行2次CPU上下文切換(用戶空間-->內核空間-->用戶空間)，不涉及用戶態資源，也不會切換進程。
(3)進程是由內核來管理和調度的，進程的切換只能發生在內核態。所以，進程的上下文不僅包括了用戶空間的資源，也包括內核空間資源。
(4)進程的上下文切換過程：
(5)、下列將會觸發進程上下文切換的場景：
7、線程上下文切換：
8、中斷上下文切換
快速響應硬體的事件，中斷處理會打斷進程的正常調度和執行。同一CPU內，硬體中斷優先順序高於進程。切換過程類似於系統調用的時候，不涉及到用戶運行態資源。但大量的中斷上下文切換同樣可能引發性能問題。
重點關注信息：
系統的就緒隊列過長，也就是正在運行和等待 CPU 的進程數過多，導致了大量的上下文切換，而上下文切換又導致了系統 CPU 的佔用率升高。
這個結果中有兩列內容是我們的重點關注對象。一個是 cswch ，表示每秒自願上下文切換（voluntary context switches）的次數，另一個則是 nvcswch ，表示每秒非自願上下文切換（non voluntary context switches）的次數。
linux的中斷使用情況可以從 /proc/interrupts 這個只讀文件中讀取。/proc 實際上是 Linux 的一個虛擬文件系統，用於內核空間與用戶空間之間的通信。/proc/interrupts 就是這種通信機制的一部分，提供了一個只讀的中斷使用情況。
重調度中斷（RES），這個中斷類型表示，喚醒空閑狀態的 CPU 來調度新的任務運行。這是多處理器系統（SMP）中，調度器用來分散任務到不同 CPU 的機制，通常也被稱為處理器間中斷（Inter-Processor Interrupts，IPI）。
這個數值其實取決於系統本身的 CPU 性能。如果系統的上下文切換次數比較穩定，那麼從數百到一萬以內，都應該算是正常的。但當上下文切換次數超過一萬次，或者切換次數出現數量級的增長時，就很可能已經出現了性能問題。這時，需要根據上下文切換的類型，再做具體分析。
比方說：
首先通過uptime查看系統負載，然後使用mpstat結合pidstat來初步判斷到底是cpu計算量大還是進程爭搶過大或者是io過多，接著使用vmstat分析切換次數，以及切換類型，來進一步判斷到底是io過多導致問題還是進程爭搶激烈導致問題。
CPU 使用率相關的重要指標：
性能分析工具給出的都是間隔一段時間的平均 CPU 使用率，所以要注意間隔時間的設置，特別是用多個工具對比分析時，你一定要保證它們用的是相同的間隔時間。比如，對比一下 top 和 ps 這兩個工具報告的 CPU 使用率，默認的結果很可能不一樣，因為 top 默認使用 3 秒時間間隔，而 ps 使用的卻是進程的整個生命周期。
top 和 ps 是最常用的性能分析工具：
這個輸出結果中，第三行 %Cpu 就是系統的 CPU 使用率，top 默認顯示的是所有 CPU 的平均值，這個時候你只需要按下數字 1 ，就可以切換到每個 CPU 的使用率了。繼續往下看，空白行之後是進程的實時信息，每個進程都有一個 %CPU 列，表示進程的 CPU 使用率。它是用戶態和內核態 CPU 使用率的總和，包括進程用戶空間使用的 CPU、通過系統調用執行的內核空間 CPU 、以及在就緒隊列等待運行的 CPU。在虛擬化環境中，它還包括了運行虛擬機佔用的 CPU。
預先安裝 stress 和 sysstat 包，如 apt install stress sysstat。
stress 是一個 Linux 系統壓力測試工具，這里我們用作異常進程模擬平均負載升高的場景。而 sysstat 包含了常用的 Linux 性能工具，用來監控和分析系統的性能。我們的案例會用到這個包的兩個命令 mpstat 和 pidstat。
下面的 pidstat 命令，就間隔 1 秒展示了進程的 5 組 CPU 使用率，
包括：
perf 是 Linux 2.6.31 以後內置的性能分析工具。它以性能事件采樣為基礎，不僅可以分析系統的各種事件和內核性能，還可以用來分析指定應用程序的性能問題。
第一種常見用法是 perf top，類似於 top，它能夠實時顯示佔用 CPU 時鍾最多的函數或者指令，因此可以用來查找熱點函數，使用界面如下所示：
輸出結果中，第一行包含三個數據，分別是采樣數（Samples）如2K、事件類型（event）如cpu-clock:pppH和事件總數量（Event count）如：371909314。
第二種常見用法，也就是 perf record 和 perf report。 perf top 雖然實時展示了系統的性能信息，但它的缺點是並不保存數據，也就無法用於離線或者後續的分析。而 perf record 則提供了保存數據的功能，保存後的數據，需要你用 perf report 解析展示。
1.啟動docker 運行進程：
2.ab工具測試伺服器性能
ab（apache bench）是一個常用的 HTTP 服務性能測試工具，這里用來模擬 Ngnix 的客戶端。
3.分析過程
CPU 使用率是最直觀和最常用的系統性能指標，在排查性能問題時，通常會關注的第一個指標。所以更要熟悉它的含義，尤其要弄清楚:
這幾種不同 CPU 的使用率。比如說：
碰到 CPU 使用率升高的問題，你可以藉助 top、pidstat 等工具，確認引發 CPU 性能問題的來源；再使用 perf 等工具，排查出引起性能問題的具體函數.
② 為什麼說linux文件系統，越用速度越快
這是linux的內存管理機制的優勢，其主要特點是，無論物理內存有多大，Linux 都將其充份專利用，將一些程屬序調用過的硬碟數據讀入內存，利用內存讀寫的高速特性來提高Linux系統的數據訪問性能。換句話說，每增加一些物理內存，Linux都將能充分利用起來，發揮了硬體投資帶來的好處。理論上說是越用越快，讀取內存比硬碟快多了，但是如果你伺服器內存太小，估計沒什麼感覺。
③ linux的文件系統與window文件系統有什麼區別
fat32 沒有日誌，抄不支持事務和災難恢復。單個文件最大 4G 好像。
ntfs 有日誌，支持文件壓縮、文件擴展流，訪問安全。但 ntfs 的訪問安全是和 windows nt 用戶系統集成的，不適用於其它操作系統。
ext3 有日誌，單個文件最大 16G - 2T。（根據格式化的參數而不同）
ext4 支持特大文件，16G-16T，特大硬碟 1E = 1024P = 1048576T。且向下兼容 ext3，可以把原有的 ext3 當作 ext4 來使用。性能和可靠性有不少提升。ext4 中也可以關閉日誌，ext3 沒有這個選項。
對開發而言，特別是小文件特別多的情況下，ext3 性能遠超 ntfs。特別一提的是，ext4 的寫入性能相對 ext3 有大幅度的提升。但同時注意到，ext4 沒有 win32 驅動。
④ Linux文件系統的特點
類似於 Windows下的C、D、E等各個盤，Linux系統也可以將磁碟、Flash等存儲設備劃分為若干個分區，在不同分區存放不同類別的文件。與Windows的C盤類似，Linux一樣要在一個分區上存放系統啟動所必需的文件，比如內核映象文件（在嵌入式系統中，內核一般單獨存放在一個分區中)內核啟動後運行的第一-個程序( init)給用戶提供操作界面的 shell程序、應用程序所依賴的庫等。這些必需、基本的文件合稱為根文件系統，它們存放在一個分區中。Linux 系統啟動後首先掛接這個分區，稱為掛接( mount）根文件系統。其他分區上所有目錄、文件的集合，也稱為文件系統。Linux 中並沒有C、D、E等盤符的概念，它以樹狀結構管理所有目錄、文件，其他分區掛接在某個目錄上，這個目錄被稱為掛接點或安裝點(mount point)，然後就可以通過這個目錄來訪問這個分區上的文件了。比如根文件系統被掛接在根目錄「I」上後，在根目錄下就有根文件系統的各個目錄、文件:/bin、/sbin、/mnt等;再將其他分區掛接到/mnt目錄上，/mnt目錄下就有這個分區.的各個目錄、文件。在一個分區上存儲文件時，需要遵循一定的格式，這種格式稱為文件系統類型，比如fat16、fat32、ntfs、ext2、ext3、jffs2、yaffs 等。除這些擁有實實在在的存儲分區的文件系統類型外，Linux還有幾種虛擬的文件系統類型，比如proc、sysfs 等，它們的文件並不存儲在實際的設備上，而是在訪問它們時由內核臨時生成。比如 proc文件系統下的uptime文件，讀取它時可以得到兩個時間值（用來表示系統啟動後運行的秒數、空閑的秒數)，每次讀取時都由內核即刻生成，每次讀取結果都不一樣。「文件系統類型」常被簡稱為「文件系統」,比如「硬碟第二個分區上的文件系統是EXT2」指的就是文件系統類型。所以「文件系統」這個術語，有時候指的是分區上的文件集合，有時候指的是文件系統類型，需要根據語境分辨，在閱讀各類文獻時需要注意這點。
⑤ 安裝linux 硬碟分區的時候應該選哪個文件系統
ext3 , ext4的文件系統對磁碟讀和寫的數據量比較多
如果很在意移動硬碟的佔用空間， 建議最好使用 ext2.
數據安全性方面， 還是ext3 , ext4的好。