Linux 性能优化

一、总论：Linux 性能优化的第一性原理

1. 性能的本质

Linux 性能问题并非“参数不合理”或“机器不够好”，其本质是：

有限资源在时间与空间维度上的分配失衡

所有性能问题，都可以归约为以下四类不变问题：

维度本质问题典型症状
计算CPU 是否被高效使用us/sys 高、cs 高
存储数据是否在“最近的地方”cache miss、swap
队列等待是否失控load 高、延迟抖动
协调调度与并发是否合理抢占、锁竞争

后续所有 CPU / 内存 / IO / 网络内容，均是这四个维度在不同子系统中的具体体现。

二、性能分析的统一方法论

1. 性能问题的标准分析路径

现象 → 指标 → 归因模型 → 决策原则 → 优化手段

避免直接“看到指标就调参”。

2. 性能指标的三层结构

  1. **症状指标**：load、latency、QPS
  2. **因果指标**：CPU 使用率、iowait、队列长度
  3. **机制指标**：缺页异常、上下文切换、中断

三、CPU 性能：计算与调度

1. 本质模型

CPU 性能问题 = 计算负载 + 调度策略 + 并发协调

2. 核心可观测指标

3. 问题归因模型

Load 高 →  ├─ us 高 → 计算密集  ├─ sys 高 → 内核/中断  ├─ wa 高 → IO 阻塞  └─ cs 高 → 调度/并发问题

4. 策略分层

5. 稳定认知

四、内存性能：局部性与回收

1. 本质模型

内存性能 = 命中率 × 回收成本

2. 内存分层视角

3. 可观测指标

4. 回收与压力模型

kswapd 基于 pages_min/low/high 进行回收决策，本质是：

延迟回收，避免抖动

5. 策略分层

五、IO 性能：带宽、延迟与队列

1. 本质模型

IO 性能 = 设备能力 × 访问模式 × 队列治理

2. IO 栈统一视角

应用 → 文件系统 → 通用块层 → 调度器 → 设备

3. 核心指标

4. 决策原则

5. 优化策略分层

六、网络性能：RTT、带宽与队列

1. 本质模型

网络性能 = RTT × BDP × 队列管理

2. 收发路径抽象

DMA → 中断 → softirq → 协议栈 → socket buffer

3. 核心指标

4. 调优原则

5. 风险提示

七、内核线程与后台机制

1. 核心内核线程角色

2. 治理视角

内核线程是系统“隐形负载”，不可忽视

八、系统级性能治理

1. 性能不是调参问题

而是：

2. 推荐治理工具

九、稳定知识 vs 易变实现

稳定不变

易变实现

十、结语

性能优化不是“把系统拧到最快”，而是：

在约束条件下，构建可预测、可治理、可演进的系统行为

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