聽多了架構優化，接口優化，數據庫優化，今天我們來聊聊服務器優化。

我們開發的軟件服務需要在服務器上運行，所以服務器性能代表了軟件的性能上限，因此服務器性能調優是個十分重要的環節，然而大部分同學對服務器性能調優關注的較少，今天從3個部分對服務器性能調優進行介紹，分別是：服務器配置選擇，服務器負載分析，服務器內核參數調優。

服務器配置選擇

服務器一般是由CPU、內存、磁盤和網卡組成，因此選擇服務器配置就是選擇CPU核數、內存大小、磁盤大小及類型、網絡帶寬。但是，服務器配置的選擇是很難標準化的，也就是說很難推斷出“一臺需要達到1000TPS的后端服務器”的配置應該是什么樣的。因為軟件的最終運行性能與軟件的實現方式是緊密相關的，即使是同一個后端應用程序中的兩個接口，由于具體功能的差別，性能也會有所差別。

因此，服務器配置的選擇應該基于具體的測試結果。一開始可以選用配置較低的服務器做調優和測試，并以該服務器的測試結果作為選擇服務器的依據。

以一個訂單業務為例，經過測試后，一臺配置為4核 CPU 、16GB內存、10Mbps帶寬、50GB機械磁盤的服務器的測試結果為：支持50并發量和300TPS吞吐量（增大并發量后會出現超時報錯）。而在壓力測試過程中， CPU 的使用率接近75%，內存使用率在 50％以下，帶寬使用率在50％以下，除去日志以外無磁盤操作。

因此可以認為，一臺配置為4核 CPU ( CPU 使用率需要在75％以下）、8GB內存（內存使用率可以接近100%)、 5Mbps 帶寬（帶寬使用率可以接近100%）的服務器，可以滿足訂單接口支持50并發量、300TPS吞吐量的壓力。

如果需要達到200并發數、2400TPS吞吐量的目標的話，則需要8臺配置為4核 CPU 、8GB內存、5Mbps帶寬的服務器，或者1臺配置為32核 CPU 、64GB內存、40Mbps帶寬的服務器。當然，最終的服務器配置還是需要通過測試來驗證。

注意：在以上訂單接口的例子中，后端服務器和數據庫等服務器需要一起調試，避免后端服務器性能過剩，而數據庫等服務器性能不足的情況發生。另外，以上選擇服務器配置的方法不一定適用于所有場景，請斟酌參考。

服務器負載分析

在性能調優時，需要先對服務器負載進行分析，通常而言，我們主要分析CPU使用率、內存使用率、磁盤I/O，服務器負載和帶寬使用情況。

CPU使用率

CPU使用率反應的是CPU的忙碌情況。當CPU達到100%時，部分進程會進入等待狀態，CPU暫時不會對其進行處理。在實際情況下，為了應對一下突發性的請求壓力，服務器CPU使用率一般需要在75%以下。如果一臺服務器的CPU使用率多次高于75%，這時候就考慮增加新的服務器。

監控CPU使用率我推薦大家使用htop工具，可以非常直觀看到CPU使用率、內存使用率、及負載等信息。

使用htop查看CPU負載

首先我們需要安裝htop，以centos為例，安裝命令如下：

yum install htop -y

安裝完成后我們就可以通過htop命令觀察CPU負載了

htop

輸入htop命令后我們可以很直觀的看到CPU負載情況，該命令的CPU使用率會以多個核作為單位進行顯示。操作系統機會自動分配多個核的負載，當所有核的CPU使用率都超過75%時才能認為服務器的CPU使用率已經超過75%。

如上圖所示，這是一個4核CPU服務器，在截圖的時候其中3核CPU使用率都超過了75%，再觀察一會發現所有CPU的使用率都在85%左右徘徊，說明CPU負載很高了，需要考慮增加新的服務器。

內存使用率

內存使用率反應的是內存的使用情況。內存用于存放程序的代碼及數據，一般分為物理內存和虛擬內存，其中物理內存指的是服務器的內存，而虛擬內存指的是硬盤的一塊空間。當物理內存使用率達到100%時將會使用虛擬內存。需要注意的是，虛擬內存的讀寫速度遠遠低于物理內存，如果程序被放在了虛擬內存執行，那么程序的執行效率會變得很低。

一般而言，服務器的物理內存應該保持在80%以下，虛擬內存使用率保持在0%。

服務器內存使用情況還是可以通過hop工具進行查看

上面顯示了服務器的內存使用情況：總內存16G，使用了10G左右，內存使用率62%，可以繼續使用，同時關閉了Swap虛擬內存。

在下MEM%欄中顯示了單個進程的內存使用率。

磁盤I/O

磁盤I/O指的是磁盤的讀寫，在軟件系統中，日志、文件操作、數據庫操作都會造成磁盤讀寫壓力，其中又以數據庫操作為甚，在高并發情況下往往數據庫會首先成為系統的瓶頸。

磁盤監控我推薦大家使用iostat工具，可以很方便查看磁盤的使用情況。

使用iostat查看磁盤I/O

首先我們需要安裝iostat，以centos為例，安裝命令如下：

yum install sysstat -y

安裝完成后我們就可以通過iostat命令磁盤使用情況了。

# 查看磁盤總體讀寫情況， 1代表每1秒讀取一次數據
iostat -x 1

輸入iostat命令后，磁盤總體讀寫情況如上所示。磁盤負載主要關注2個指標：%idle，%util

• %idle:表示CPU除去等待磁盤I/O以外的空閑時間百分比，這個指標應該要保證在70%以上
• %util:該設備用于I/O操作的時間百分比，這個指標需要保證在70%以下，當到達100%時表示已經滿負載。為了降低磁盤負載，可以采用性能更高的磁盤（OSD，PCIE）或者降低磁盤的操作頻率（異步寫、合并寫）

平均負載

平均負載指的是單位時間內平均的活躍進程數，是一個表示服務器負載的指標。一般情況下需要保證平均負載的值小于當前服務器的CPU核數。

同樣的，查看服務器平均負載我們也可以使用htop命令

一般情況下服務器的平均負載需要小于當前服務器的CPU核數，為了應對突發狀況，服務器的平均負載應該在75%即3 以下，很顯然，上圖這臺服務器平均負載超過了75%，需要考慮提升性能了。

網絡使用情況

網絡使用情況也是監控的重要指標。當帶寬不足時會大大增加請求的響應時間。為了防止突發性并發壓力，應該保證服務器的帶寬使用率在80%以上。這里需要注意的是，物理網卡限制了服務器所能使用的最大寬帶。

查看網絡使用情況我推薦使用nload工具。

使用nload查看網絡

首先需要安裝nload，以centos為例

yum install nload -y

安裝完成后我們直接運行nload

nload

輸入nload命令后，網絡使用情況如上圖所示。其中，網絡使用情況分為流入網卡的數據與流出網卡的數據。流入網卡的對應下行帶寬的網速，流出網卡的數據對應上行帶寬的網速。如果 “當前網速” 持續接近 “最大網速” 時，代表帶寬使用率已經接近100%。

指標說明：

• Curr：當前網速
• Avg：平均網速
• Min：最小網速
• Max：最大網速
• Ttl：總流量

服務器內核參數調優

光有強大的物理性能是不夠的，還需要對內核參數進行調優，這樣才能在高并發壓力下充分體現服務器應有的性能。當然，并不是所有的服務器都需要做高并發性能調優，一般來說，只需要對要處理高并發請求的服務器進行內核參數調優即可，常見的包括：前端服務器，后端服務器，數據庫服務器。

服務器常見的調優參數主要有兩個：單個進程最大打開文件數 和 TCP相關設置。

單個進程最大打開文件數

修改單個文件最大打開文件數，只需要編輯/etc/security/limits.conf文件，在文件末尾加上以下四句

* soft	nofile	65535
* hard	nofile	65535
* soft	nproc	65535
* hard	nproc	65535

其中* 代表所有用戶，65536代表修改的值，重啟后生效。

TCP相關設置

修改TCP相關參數，可以優化TCP高并發通信，編輯/etc/sysctl.conf文件，添加以下內容

# 為防止洪水攻擊，高并發系統需要將此項關閉
net.ipv4.tcp_syncookies = 0

# 開啟TCP連接重用，允許處理TIME-WAIT狀態的連接重新用于新的TCP連接
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1

# 開啟快速回收TCP連接中處于TIME-WAIT狀態的連接
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1

＃修改超時時間（ s )，該值表示如果連接由本端關閉，則連接處于 FIN-WAIT-2狀態的時間為 
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

＃當 keepalive（長連接）啟用的時候，TCP發送 keepalive 消息（探測包）的時間間隔（ s ),默認為2個小時
net.ipv4.tcp_keepalive_time =1200

＃服務器對外連接的端口范圍，影響該服務器與其他服務器的連接數
net.ipv4.ip_local_port_range =102465535

#SYN隊列的長度，可以容納更多等待連接的網絡連接數，默認為1024 
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 65535

＃保持 TIME_WAIT 狀態連接的最大數量，如果超過此值，TIME_WAIT 將立刻被清除并打印警告信息，默認為180000
net.ipv4.tcp_max_tw_buckets =5000

＃每個網絡接口接收數據包的速率比內核處理這些包的速率快時，允許送到隊列的數據包的最大數目
net.core.netdev_max_backlog =65535

# TCP最大連接數
net.core.somaxconn = 65535

＃預留用于接收緩沖的內存默認值（字節） 
net.core.rmem_default = 8388608

＃預留用于接收緩沖的內存最大值（字節） 
net.core.rmem_max = 16777216

＃預留用于發送緩沖的內存默認值（字節） 
net.core.wmem_default = 8388608

＃預留用于發送緩沖的內存最大值（字節） 
net.core.wmem_maX = 16777216

＃避免時間戳異常
net.ipv4.tcp_timestamps = 0

＃系統中最多有多少個 TCP 套接字不被關聯到任何一個用戶文件句柄上，如果超過這個數字，連接將即刻被復位并打印警告信息，這個限制僅僅是為了防止簡單的DoS 攻擊
net.ipv4.tcp_max_orphans =3276800

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