性能调优

性能调优是一个系统化的过程：先定位瓶颈，再有针对性地优化。盲目调参往往适得其反。本文介绍常见的调优手段和适用场景，帮助你从内核参数到应用层逐步提升服务器性能。

调优前的准备

建立基线

在调优之前，必须先记录当前的性能基线，否则无法衡量优化效果。

# 记录系统基本信息
uname -a
cat /etc/os-release
lscpu
free -h
lsblk

# 安装性能分析工具
sudo dnf install sysstat perf iotop htop -y

# 启用 sysstat 数据收集
sudo systemctl enable --now sysstat

# 查看历史性能数据
sar -u 1 5      # CPU 使用率
sar -r 1 5      # 内存使用率
sar -d 1 5      # 磁盘 I/O
sar -n DEV 1 5  # 网络吞吐

定位瓶颈

# 快速判断瓶颈类型
# CPU 瓶颈：load average 持续高于 CPU 核心数
uptime

# 内存瓶颈：可用内存低且 swap 活跃
free -h
vmstat 1 5

# I/O 瓶颈：iowait 高
iostat -xz 1 5

# 网络瓶颈：丢包或带宽饱和
ss -s
sar -n DEV 1 5

内核参数调优 (sysctl)

sysctl 用于在运行时修改内核参数。

查看与修改参数

# 查看所有参数
sysctl -a

# 查看特定参数
sysctl net.core.somaxconn
sysctl vm.swappiness

# 临时修改（重启后失效）
sudo sysctl -w net.core.somaxconn=65535

# 永久修改
sudo tee /etc/sysctl.d/99-tuning.conf > /dev/null <<'EOF'
# 自定义内核参数调优
EOF

# 应用配置
sudo sysctl --system

网络参数调优

sudo tee /etc/sysctl.d/99-network.conf > /dev/null <<'EOF'
# ==============================
# 网络性能调优
# ==============================

# --- TCP 缓冲区 ---
# 默认和最大的 TCP 发送/接收缓冲区（字节）
# 格式：min  default  max
net.core.rmem_default = 262144
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_default = 262144
net.core.wmem_max = 16777216
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 16777216
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 65536 16777216

# --- 连接队列 ---
# 监听队列最大长度（影响高并发下的连接建立）
net.core.somaxconn = 65535

# 半连接队列大小
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65535

# 网卡接收队列长度
net.core.netdev_max_backlog = 65535

# --- TCP 连接优化 ---
# 启用 TCP Fast Open（减少握手延迟）
net.ipv4.tcp_fastopen = 3

# TIME_WAIT 相关
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 15
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 262144

# Keepalive 参数
net.ipv4.tcp_keepalive_time = 600
net.ipv4.tcp_keepalive_intvl = 30
net.ipv4.tcp_keepalive_probes = 5

# --- 拥塞控制 ---
# 使用 BBR 拥塞控制算法（推荐）
net.core.default_qdisc = fq
net.ipv4.tcp_congestion_control = bbr

# --- 本地端口范围 ---
net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535

# --- 其他 ---
# 允许更多的 orphan 套接字
net.ipv4.tcp_max_orphans = 262144

# SYN Flood 防护
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
EOF

sudo sysctl --system

验证 BBR 是否生效：

sysctl net.ipv4.tcp_congestion_control
# 输出应为：net.ipv4.tcp_congestion_control = bbr

lsmod | grep bbr

内存参数调优

sudo tee /etc/sysctl.d/99-memory.conf > /dev/null <<'EOF'
# ==============================
# 内存调优
# ==============================

# Swappiness：控制内核将内存页交换到 swap 的倾向
# 0 = 尽量不使用 swap（适合内存充足的数据库服务器）
# 10 = 低交换倾向（推荐大多数服务器场景）
# 60 = 默认值
vm.swappiness = 10

# 脏页刷新策略
# 脏页超过内存百分比时后台开始刷新
vm.dirty_background_ratio = 5
# 脏页超过此比例时前台进程必须等待刷新
vm.dirty_ratio = 15
# 脏页存活时间（厘秒，500 = 5秒）
vm.dirty_expire_centisecs = 500
# 刷新线程唤醒间隔（厘秒）
vm.dirty_writeback_centisecs = 100

# VFS 缓存压力（默认 100）
# 低于 100 = 倾向保留 dentry/inode 缓存
# 高于 100 = 倾向回收缓存
vm.vfs_cache_pressure = 50

# 内存不足时的行为
# 0 = 启发式 OOM（默认）
# 1 = 允许过量分配
# 2 = 不允许过量分配
vm.overcommit_memory = 0
EOF

sudo sysctl --system

大页内存 (Huge Pages)

大页可以减少 TLB 缺失，提升内存密集型应用（如数据库）的性能。

# 查看当前大页配置
grep -i huge /proc/meminfo

# 计算需要的大页数量
# 例如为数据库分配 4GB：4096MB / 2MB（默认大页大小）= 2048 页
echo "需要的大页数: $((4096 / 2))"

# 设置大页数量
sudo sysctl -w vm.nr_hugepages=2048

# 永久配置
echo 'vm.nr_hugepages = 2048' | sudo tee -a /etc/sysctl.d/99-memory.conf
sudo sysctl --system

# 验证
grep -i huge /proc/meminfo
# HugePages_Total:    2048
# HugePages_Free:     2048
# Hugepagesize:       2048 kB

透明大页 (Transparent Huge Pages)

THP 由内核自动管理大页分配。对于大多数服务器应用是有益的，但某些数据库（如 MongoDB、Redis）建议禁用 THP 以避免延迟抖动。

# 查看当前状态
cat /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled

# 临时禁用
echo never | sudo tee /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled
echo never | sudo tee /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag

# 永久禁用（通过 systemd）
sudo tee /etc/systemd/system/disable-thp.service > /dev/null <<'EOF'
[Unit]
Description=Disable Transparent Huge Pages
DefaultDependencies=no
After=sysinit.target local-fs.target
Before=basic.target

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/bin/sh -c 'echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled'
ExecStart=/bin/sh -c 'echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag'

[Install]
WantedBy=basic.target
EOF

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable disable-thp

ulimit 资源限制

ulimit 控制用户进程可使用的系统资源上限。默认值通常偏保守，高并发场景需要调整。

查看当前限制

# 查看当前用户的所有限制
ulimit -a

# 关键参数：
# -n  最大打开文件数（open files）
# -u  最大进程数（max user processes）
# -l  最大锁定内存（max locked memory）

修改限制

# 修改系统级限制
sudo tee /etc/security/limits.d/99-tuning.conf > /dev/null <<'EOF'
# 格式：<domain> <type> <item> <value>

# 所有用户
*    soft    nofile    65535
*    hard    nofile    131072
*    soft    nproc     65535
*    hard    nproc     131072

# 特定用户（如 nginx）
nginx    soft    nofile    131072
nginx    hard    nofile    262144

# root 用户
root    soft    nofile    131072
root    hard    nofile    262144
EOF

对于 systemd 管理的服务，还需要在 service 文件中设置：

# 方法一：修改 systemd 默认限制
sudo mkdir -p /etc/systemd/system.conf.d
sudo tee /etc/systemd/system.conf.d/limits.conf > /dev/null <<'EOF'
[Manager]
DefaultLimitNOFILE=131072
DefaultLimitNPROC=65535
EOF

# 方法二：为特定服务设置（推荐）
sudo systemctl edit nginx
# 在编辑器中添加：
# [Service]
# LimitNOFILE=131072
# LimitNPROC=65535

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart nginx

# 验证服务的实际限制
cat /proc/$(pidof nginx | awk '{print $1}')/limits

tuned 调优配置文件

tuned 是 EL 系发行版提供的动态调优守护进程，内置多种预定义的调优方案。

安装和使用

sudo dnf install tuned -y
sudo systemctl enable --now tuned

# 查看所有可用的调优方案
tuned-adm list

# 常用方案：
# throughput-performance  - 高吞吐量优化
# latency-performance     - 低延迟优化
# network-latency         - 网络低延迟
# network-throughput      - 网络高吞吐
# virtual-guest           - 虚拟机客户机
# virtual-host            - 虚拟化宿主机
# postgresql              - PostgreSQL 优化

# 查看当前方案
tuned-adm active

# 切换方案
sudo tuned-adm profile throughput-performance

# 获取推荐方案
tuned-adm recommend

# 查看方案的具体配置
tuned-adm profile_info throughput-performance

自定义 tuned 方案

# 基于现有方案创建自定义方案
sudo mkdir -p /etc/tuned/my-web-server

sudo tee /etc/tuned/my-web-server/tuned.conf > /dev/null <<'EOF'
[main]
summary=Custom tuning for web server
include=throughput-performance

[sysctl]
net.core.somaxconn = 65535
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65535
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.core.default_qdisc = fq
net.ipv4.tcp_congestion_control = bbr
vm.swappiness = 10

[vm]
transparent_hugepages = never

[disk]
readahead = 4096
EOF

# 应用自定义方案
sudo tuned-adm profile my-web-server
sudo tuned-adm active

I/O 调度器

I/O 调度器决定了磁盘读写请求的排序和合并策略。

查看和修改

# 查看当前 I/O 调度器
cat /sys/block/sda/queue/scheduler
# 输出示例：[mq-deadline] kyber bfq none

# 临时修改
echo "kyber" | sudo tee /sys/block/sda/queue/scheduler

# 永久修改（通过 udev 规则）
sudo tee /etc/udev/rules.d/60-io-scheduler.rules > /dev/null <<'EOF'
# SSD 使用 none (noop) 或 mq-deadline
ACTION=="add|change", KERNEL=="sd[a-z]", ATTR{queue/rotational}=="0", ATTR{queue/scheduler}="none"

# HDD 使用 bfq
ACTION=="add|change", KERNEL=="sd[a-z]", ATTR{queue/rotational}=="1", ATTR{queue/scheduler}="bfq"
EOF

调度器选择建议

调度器	适用场景
`none`（noop）	NVMe SSD、虚拟机（宿主机已做调度）
`mq-deadline`	通用 SSD，数据库场景（保证截止时间）
`bfq`	HDD，桌面/交互场景（公平调度）
`kyber`	高速 SSD，高吞吐场景

I/O 预读调优

# 查看当前预读值（单位是 KB，不是 512 字节扇区；2048 = 2 MiB）
cat /sys/block/sda/queue/read_ahead_kb

# 顺序读密集的场景可增大预读
echo 2048 | sudo tee /sys/block/sda/queue/read_ahead_kb

# 随机读密集的场景（如数据库）减小预读
echo 128 | sudo tee /sys/block/sda/queue/read_ahead_kb

网络性能调优进阶

中断亲和性

将网卡中断绑定到特定 CPU 核心，减少上下文切换：

# 查看网卡中断分布
cat /proc/interrupts | grep eth0

# 自动设置（使用 irqbalance 服务）
sudo systemctl enable --now irqbalance

# 或手动绑定（多队列网卡场景）
# 查看网卡队列
ls /sys/class/net/eth0/queues/

# 安装 tuned 的 network 插件可自动优化

网卡参数调优

# 安装 ethtool
sudo dnf install ethtool -y

# 查看网卡信息
ethtool eth0

# 查看和修改环形缓冲区大小
ethtool -g eth0                          # 查看
sudo ethtool -G eth0 rx 4096 tx 4096    # 修改

# 查看和启用网卡特性
ethtool -k eth0                          # 查看
sudo ethtool -K eth0 tso on             # 启用 TCP 分段卸载
sudo ethtool -K eth0 gro on             # 启用通用接收卸载
sudo ethtool -K eth0 gso on             # 启用通用分段卸载

连接跟踪表优化

高并发代理/NAT 服务器需要增大连接跟踪表：

sudo tee /etc/sysctl.d/99-conntrack.conf > /dev/null <<'EOF'
# 连接跟踪表最大条目数
net.netfilter.nf_conntrack_max = 1048576

# 连接跟踪表的哈希桶大小
# 通常设为 nf_conntrack_max 的 1/4
net.netfilter.nf_conntrack_buckets = 262144

# 缩短各状态的超时时间
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_established = 3600
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_time_wait = 30
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_close_wait = 15
net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_fin_wait = 30
EOF

sudo sysctl --system

文件系统调优

XFS 调优

# 查看 XFS 挂载选项
mount | grep xfs

# 优化挂载选项（编辑 /etc/fstab）
# noatime    - 不更新访问时间，减少写入
# nodiratime - 不更新目录访问时间
# logbufs=8  - 增加日志缓冲区
# 示例：
# /dev/sda1  /data  xfs  defaults,noatime,nodiratime,logbufs=8  0  0

# 重新挂载生效（不需要重启）
sudo mount -o remount,noatime,nodiratime /data

ext4 调优

# 优化挂载选项
# noatime       - 不更新访问时间
# commit=60     - 数据提交间隔（秒），增大可提高性能但增加数据丢失风险
# 示例：
# /dev/sdb1  /data  ext4  defaults,noatime,commit=60  0  2

sudo mount -o remount,noatime /data

性能调优检查脚本

#!/bin/bash
# 检查当前系统性能参数配置

echo "============================================"
echo "  性能参数检查报告 - $(date)"
echo "============================================"
echo ""

echo "--- CPU ---"
echo "核心数: $(nproc)"
echo "当前负载: $(uptime | awk -F'load average:' '{print $2}')"
echo "调度器: $(tuned-adm active 2>/dev/null || echo '未安装 tuned')"
echo ""

echo "--- 内存 ---"
free -h
echo "swappiness: $(sysctl -n vm.swappiness)"
echo "dirty_ratio: $(sysctl -n vm.dirty_ratio)"
echo "dirty_background_ratio: $(sysctl -n vm.dirty_background_ratio)"
echo "THP: $(cat /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled)"
echo "HugePages: $(grep HugePages_Total /proc/meminfo)"
echo ""

echo "--- 网络 ---"
echo "somaxconn: $(sysctl -n net.core.somaxconn)"
echo "tcp_max_syn_backlog: $(sysctl -n net.ipv4.tcp_max_syn_backlog)"
echo "tcp_congestion: $(sysctl -n net.ipv4.tcp_congestion_control)"
echo "ip_local_port_range: $(sysctl -n net.ipv4.ip_local_port_range)"
echo "tcp_tw_reuse: $(sysctl -n net.ipv4.tcp_tw_reuse)"
echo ""

echo "--- 文件描述符 ---"
echo "系统级限制: $(sysctl -n fs.file-max)"
echo "当前使用量: $(cat /proc/sys/fs/file-nr)"
echo "ulimit -n (当前用户): $(ulimit -n)"
echo ""

echo "--- I/O ---"
for disk in $(lsblk -dn -o NAME); do
    scheduler=$(cat /sys/block/$disk/queue/scheduler 2>/dev/null)
    readahead=$(cat /sys/block/$disk/queue/read_ahead_kb 2>/dev/null)
    rotational=$(cat /sys/block/$disk/queue/rotational 2>/dev/null)
    type="HDD"
    [ "$rotational" = "0" ] && type="SSD"
    echo "${disk} (${type}): 调度器=${scheduler}, 预读=${readahead}KB"
done
echo ""

echo "--- 连接跟踪 ---"
if [ -f /proc/sys/net/netfilter/nf_conntrack_max ]; then
    echo "最大连接数: $(sysctl -n net.netfilter.nf_conntrack_max)"
    echo "当前连接数: $(cat /proc/sys/net/netfilter/nf_conntrack_count 2>/dev/null || echo N/A)"
else
    echo "nf_conntrack 模块未加载"
fi

chmod +x /usr/local/bin/perf_check.sh

调优原则

先测量后优化 — 使用 sar、vmstat、iostat、perf 定位真正的瓶颈
每次只改一个参数 — 这样才能确认是哪个改动带来了效果
记录每次变更 — 方便回退和复盘
压力测试验证 — 使用 ab、wrk、fio、sysbench 等工具验证优化效果
关注副作用 — 某些参数的优化可能在其他维度引入问题

# 常用压测工具
sudo dnf install httpd-tools -y   # 提供 ab
# ab -n 10000 -c 100 http://localhost/

# fio 磁盘性能测试
sudo dnf install fio -y
fio --name=randread --ioengine=libaio --rw=randread --bs=4k \
    --size=1G --numjobs=4 --runtime=60 --group_reporting

# sysbench CPU 测试
sudo dnf install sysbench -y
sysbench cpu --threads=$(nproc) run