第22卷：性能优化 on 编程那些事儿

第75章：CPU 优化

Tue, 24 Mar 2026 13:18:28 +0800

第七十五章：CPU 优化

75.1 CPU 性能分析

查看 CPU 信息

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21


# 查看 CPU 详细信息
cat /proc/cpuinfo

# 关键信息
# processor: CPU 核心编号
# model name: CPU 型号
# cpu MHz: 当前频率
# cache size: 缓存大小
# flags: 支持的特性

# 简洁输出
lscpu

# 预期输出：
# Architecture: x86_64
# CPU(s): 8
# Thread(s) per core: 2
# Core(s) per socket: 4
# Model name: Intel(R) Core(TM) i7-10700 @ 2.90GHz
# CPU MHz: 2900.000
# Cache size: 16384 KB

top/htop 分析

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13


# top 基本使用
top

# 快捷键
# P: 按 CPU 排序
# M: 按内存排序
# N: 按 PID 排序
# 1: 显示每个 CPU 核心
# k: 杀死进程
# r: 调整优先级

# htop（更友好）
htop

mpstat 多核统计

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15


# 安装
sudo apt install sysstat

# 查看所有 CPU
mpstat -P ALL

# 每秒更新
mpstat 1

# 查看 CPU 详细统计
mpstat -I

# 预期输出：
# 02:45:00 PM CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle
# 02:45:01 PM 0 10.00 0.00 5.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 85.00

perf 性能分析

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14


# 安装
sudo apt install linux-tools-common linux-tools-generic

# perf stat 基本统计
perf stat -a sleep 5

# perf top 实时热点分析
sudo perf top

# perf record 记录数据
sudo perf record -a -g -- sleep 30

# perf report 查看报告
sudo perf report

CPU 使用率分析

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12


# 查看 CPU 使用情况
mpstat 1

# 分析
# %usr: 用户空间使用
# %sys: 内核空间使用
# %iowait: IO 等待
# %idle: 空闲

# 如果 %iowait 高，说明 IO 是瓶颈
# 如果 %sys 高，说明系统调用多
# 如果 %usr 高，说明应用计算多

75.2 CPU 调优参数

/proc/cpuinfo

1
2
3
4
5
6
7
8


# 查看 CPU 频率信息
cat /proc/cpuinfo | grep MHz

# 查看 CPU governor（调频策略）
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor

# 查看可用 governor
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_available_governors

CPU 频率调节

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17


# 查看当前频率
cpufreq-info

# 设置 performance 模式（性能优先）
for cpu in /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor; do
 echo performance > $cpu
done

# 设置 powersave 模式（节能）
for cpu in /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor; do
 echo powersave > $cpu
done

# 设置 ondemand 模式（动态调节）
for cpu in /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor; do
 echo ondemand > $cpu
done

sysctl 调度参数

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14


# 查看调度参数
sysctl -a | grep kernel.sched

# scheduler latency（调度延迟）
sysctl -w kernel.sched_latency_ns=10000000

# minimum granularity（最小粒度）
sysctl -w kernel.sched_min_granularity_ns=1000000

# wakeup granularity
sysctl -w kernel.sched_wakeup_granularity_ns=1000000

# CPU 核心隔离（需要内核参数 isolcpus）
# 在 grub 添加：isolcpus=1,2,3

永久生效配置

1
2
3
4
5
6
7


# /etc/sysctl.conf
sudo nano /etc/sysctl.conf

# 添加：
kernel.sched_latency_ns = 10000000
kernel.sched_min_granularity_ns = 1000000
kernel.sched_wakeup_granularity_ns = 1000000

75.3 进程优化

nice/renice 优先级

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17


# nice 值范围：-20 到 19
# 越低优先级越高

# 启动时设置优先级
nice -n -10 ./my_program

# 查看进程 nice 值
ps -eo pid,ni,comm

# 修改运行中进程优先级
renice -n 10 -p PID

# 批量修改
renice -n 10 -p $(pgrep -f process_name)

# 最高优先级
sudo renice -n -20 -p PID

taskset CPU 亲和性

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13


# 查看进程 CPU 亲和性
taskset -cp PID

# 设置 CPU 亲和性
taskset -c 0,1 ./my_program # 只使用 CPU 0 和 1
taskset -c 0-3 ./my_program # 使用 CPU 0-3
taskset -c 4 ./my_program # 只使用 CPU 4

# 修改运行中进程
taskset -cp 0-3 PID

# 查看 CPU 核心
nproc

CPU 隔离示例

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11


# 1. 在 /etc/default/grub 中添加
GRUB_CMDLINE_LINUX="isolcpus=1,2,3"

# 2. 更新 grub
sudo update-grub

# 3. 重启后验证
cat /proc/cmdline

# 4. 将进程绑定到隔离的核心
taskset -c 0 ./my_program

高性能场景配置

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18


#!/bin/bash
# enable-performance-mode.sh

# 1. 设置 performance governor
for cpu in /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor; do
 echo performance > $cpu
done

# 2. 关闭透明大页
echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled
echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag

# 3. 调整调度参数
sysctl -w kernel.sched_latency_ns=10000000
sysctl -w kernel.sched_min_granularity_ns=1000000

# 4. 设置 CPU 亲和性（根据需要）
taskset -c 0-3 ./my_high_performance_app

本章小结

本章我们学习了 CPU 优化的核心知识：

第76章：内存优化

Tue, 24 Mar 2026 13:18:28 +0800

第七十六章：内存优化

76.1 内存分析

查看内存使用

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12


# 基本信息
free -h

# 详细统计
free -m # MB 为单位
free -g # GB 为单位
free -s 1 # 每秒刷新

# 预期输出：
# total used free shared buff/cache available
# Mem: 31Gi 8.5Gi 4.2Gi 1.0Gi 18Gi 22Gi
# Swap: 2.0Gi 0B 2.0Gi

/proc/meminfo

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13


# 详细内存信息
cat /proc/meminfo

# 关键指标：
# MemTotal: 总内存
# MemFree: 空闲内存
# MemAvailable: 可用内存（考虑缓存）
# Buffers: 缓冲区
# Cached: 缓存
# SwapCached: 交换出去的缓存
# AnonPages: 匿名页（程序内存）
# Mapped: 映射的文件
# Shmem: 共享内存

进程内存分析

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15


# 查看进程内存使用
ps aux --sort=-%mem | head

# 或使用 top
top
# M: 按内存排序

# 查看特定进程
pmap -x PID

# 查看内存映射
cat /proc/PID/maps

# 查看进程的内存使用详情
cat /proc/PID/status | grep -E "Vm|Rss"

内存泄漏检测

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13


# 方法一：监控内存增长
while true; do
 ps -o pid,vsz,rss,comm -p PID
 sleep 5
done

# 方法二：使用 valgrind
sudo apt install valgrind
valgrind --leak-check=full ./my_program

# 方法三：使用 smem
sudo apt install smem
smem -r -k

76.2 Swap 优化

swappiness 参数

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11


# 查看当前 swappiness
cat /proc/sys/vm/swappiness

# 临时修改（重启失效）
sudo sysctl vm.swappiness=10

# 永久修改
sudo nano /etc/sysctl.conf

# 添加：
vm.swappiness=10

swappiness 调优建议

场景	swappiness	说明
数据库服务器	10-30	减少 swap，数据库需要内存
桌面系统	60-80	更多使用 swap，让内存给程序
大内存服务器	10 或更低	内存足够，swap 主要是防止 OOM
内存不足	60+	不得已才 swap

Swap 分区 vs 文件

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14


# 创建 Swap 文件（更灵活）
sudo fallocate -l 2G /swapfile
sudo chmod 600 /swapfile
sudo mkswap /swapfile
sudo swapon /swapfile

# 查看 swap
swapon -s

# 关闭 swap
sudo swapoff /swapfile

# 永久启用（在 /etc/fstab 添加）
/swapfile none swap sw 0 0

调整 VM 参数

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16


# vm.overcommit_memory
# 0: 内核执行启发式 overcommit
# 1: 始终 overcommit
# 2: 禁止 overcommit，超过会 OOM

# 查看
cat /proc/sys/vm/overcommit_memory

# 修改
sudo sysctl -w vm.overcommit_memory=1

# 永久修改
echo "vm.overcommit_memory = 1" | sudo tee -a /etc/sysctl.conf

# vm.overcommit_ratio（overcommit 时允许的比例）
sudo sysctl -w vm.overcommit_ratio=50

内存优化脚本

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29


#!/bin/bash
# optimize-memory.sh

echo "=== 内存优化开始 ==="

# 1. 设置 swappiness
echo "设置 swappiness = 10"
sudo sysctl -w vm.swappiness=10

# 2. 清理缓存
echo "清理缓存..."
sync
sudo sysctl -w vm.drop_caches=3

# 3. 调整 overcommit
echo "设置 overcommit_memory = 1"
sudo sysctl -w vm.overcommit_memory=1

# 4. 调整 vm.min_free_kbytes（为紧急情况保留内存）
echo "设置 min_free_kbytes = 65536"
sudo sysctl -w vm.min_free_kbytes=65536

# 5. 查看当前状态
echo ""
echo "=== 当前内存状态 ==="
free -h

echo ""
echo "=== 优化完成 ==="

本章小结

本章我们学习了内存优化的核心知识：

第77章：磁盘 IO 优化

Tue, 24 Mar 2026 13:18:28 +0800

第七十七章：磁盘 IO 优化

77.1 IO 分析

iostat 使用

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12


# 安装
sudo apt install sysstat

# 基本使用
iostat -x 1

# 输出解读：
# %util: IO 占用率，100% = 饱和
# await: 平均 IO 等待时间（毫秒）
# avgqu-sz: 平均队列长度
# r/s, w/s: 每秒读写次数
# rkB/s, wkB/s: 每秒读写 KB

iotop 进程监控

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16


# 安装
sudo apt install iotop

# 实时监控
sudo iotop

# 只显示有 IO 的进程
sudo iotop -o

# 查看累计 IO
sudo iotop -a

# 快捷键
# 左右箭头: 排序
# r: 反向排序
# q: 退出

IO 瓶颈分析

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15


# 1. 检查 CPU 等待 IO
# 如果 %iowait 高，说明 CPU 在等待 IO
vmstat 1

# 2. 检查磁盘使用率
iostat -x 1
# %util 接近 100% 说明磁盘饱和

# 3. 检查 IO 队列
iostat -x
# avgqu-sz > 1 说明有队列积压

# 4. 检查 IO 延迟
iostat -x 1
# await > 100ms 说明 IO 慢

77.2 文件系统优化

选择合适的文件系统

文件系统	特点	适用场景
ext4	通用、稳定	默认选择
XFS	大文件、高并发	数据库、日志
Btrfs	快照、校验	需要数据保护
ZFS	高级功能	存储服务器

挂载选项优化

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13


# noatime: 不记录访问时间（提升性能）
# nodiratime: 不记录目录访问时间
# nobarrier: 关闭写入屏障（提升性能，但可能丢数据）
# data=writeback: 日志模式（比 ordered 快）

# 挂载示例
sudo mount -o noatime,nodiratime,noexec /dev/sda1 /mnt

# 查看当前挂载选项
mount | grep sda1

# 永久生效（/etc/fstab）
UUID=xxx / ext4 defaults,noatime,nodiratime 0 1

ext4 优化

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11


# 创建时指定特性
mkfs.ext4 -O extent,uninit_bg /dev/sda1

# 调整日志大小
tune2fs -J size=4096 /dev/sda1

# 关闭访问时间
tune2fs -o noatime /dev/sda1

# 检查和修复
sudo fsck.ext4 -p /dev/sda1

XFS 优化

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10


# XFS 特性
# - 大文件支持（8EB）
# - 高并发
# - 日志优化

# 创建时优化
mkfs.xfs -f -l size=128m,lazy-count=1 /dev/sda1

# XFS 调优参数
# noatime 已在 XFS 默认启用

磁盘 IO 调度算法

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18


# 查看当前调度器
cat /sys/block/sda/queue/scheduler

# 可用调度器：
# - mq-deadline: 适合 SSD
# - none: 适合 NVMe/SSD
# - bfq: 适合桌面/多媒体
# - kyber: 适合服务器

# 临时修改
echo mq-deadline > /sys/block/sda/queue/scheduler

# 永久修改（udev）
sudo nano /etc/udev/rules.d/60-scheduler.rules

# 添加：
ACTION=="add|change", KERNEL=="sd[a-z]", ATTR{queue/scheduler}="mq-deadline"
ACTION=="add|change", KERNEL=="nvme[0-9]*", ATTR{queue/scheduler}="none"

本章小结

本章我们学习了磁盘 IO 优化的核心知识：

第78章：网络优化

Tue, 24 Mar 2026 13:18:28 +0800

第七十八章：网络优化

78.1 网络分析

netstat/ss

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15


# netstat 基本用法
netstat -tuln # TCP 监听端口
netstat -an # 所有连接
netstat -r # 路由表
netstat -s # 网络统计

# ss（更现代，性能更好）
ss -tuln # TCP 监听
ss -s # 汇总统计
ss -tp # 显示进程
ss -ti # 显示 TCP info

# 查看连接状态
ss -o state established # 已建立连接
ss -o state time-wait # TIME_WAIT 状态

网络连接分析

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14


# 查看并发连接数
ss -s

# 查看最大文件描述符
cat /proc/sys/fs/file-nr

# 查看网络接口
ip link show
ip addr show
ip -s link show eth0

# 查看网络统计
netstat -i
cat /proc/net/dev

78.2 TCP 优化

TCP 参数

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11


# 查看所有 TCP 参数
sysctl -a | grep tcp.

# 常用参数：
# net.ipv4.tcp_tw_reuse: 复用 TIME_WAIT
# net.ipv4.tcp_fin_timeout: FIN 超时
# net.ipv4.tcp_keepalive_time: Keepalive 时间
# net.ipv4.tcp_keepalive_probes: Keepalive 探测次数
# net.ipv4.tcp_keepalive_intvl: Keepalive 间隔
# net.ipv4.tcp_max_syn_backlog: SYN 队列长度
# net.ipv4.tcp_max_tw_buckets: TIME_WAIT 最大数量

TCP 调优

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16


# 1. TIME_WAIT 优化
sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_fin_timeout=30

# 2. 连接队列优化
sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=8192
sudo sysctl -w net.core.somaxconn=8192

# 3. 文件描述符优化
sudo sysctl -w net.core.rmem_max=16777216
sudo sysctl -w net.core.wmem_max=16777216
sudo sysctl -w fs.file-max=6553600

# 4. 内存优化
sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_rmem="4096 87380 16777216"
sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_wmem="4096 65536 16777216"

永久生效

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14


# /etc/sysctl.conf
sudo nano /etc/sysctl.conf

# 添加：
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 8192
net.core.somaxconn = 8192
fs.file-max = 6553600
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 16777216
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 65536 16777216

# 应用配置
sudo sysctl -p

拥塞控制算法

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18


# 查看可用算法
sysctl net.ipv4.tcp_available_congestion_control

# 查看当前算法
sysctl net.ipv4.tcp_congestion_control

# 常用算法：
# - cubic: 默认
# - bbr: Google 开发，高带宽延迟产品
# - reno: 传统算法

# 启用 BBR
sudo sysctl -w net.core.default_qdisc=fq
sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_congestion_control=bbr

# 永久生效
echo "net.core.default_qdisc=fq" | sudo tee -a /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv4.tcp_congestion_control=bbr" | sudo tee -a /etc/sysctl.conf

本章小结

本章我们学习了网络优化的核心知识：