Linux 性能问题，如何从内核层面解决？

落日映苍穹つ 2022-10-10 14:54 17阅读 0赞

很多大厂有专门负责性能优化的部分，他们的职责就是站在系统的层面解决各种疑难杂症，最大化的利用系统资源。这些工作能够靠谱的执行，都有一个前提，那就是需要对操作系统，对内核有一定的了解。

在互联网公司普遍**“996”**的大环境下，大部分做应用的开发者，大都将精力集中在业务代码的优化和调配上，忽略了对 Linux 内核的学习。而且，这部分知识本身就很复杂，所以学习成本也比较高。

但是，只要你经历过公司业务迅速增长的阶段，就一定遇到过服务稳定性的挑战，比如：TCP 重传该怎么分析，如何在不打断运行任务的情况下排查内存泄漏问题，怎样快速解决 CPU sys 利⽤率过⾼等等。

以上面提到的 TCP 重传为例，服务器上一般都会有 TCP 重传率的监控，如图所示：

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像上图中这么高的 TCP 重传率，必然会导致系统 QPS 减小。然而，当你真正去排查时，会发现根本不知从哪里入手。因为网络数据量非常大，只记录 TCP 头部信息也会产生很大存储开销，所以发生重传的现场信息无法被记录下来。

其实，定位类似 TCP 重传这样复杂的稳定性问题，不仅要从开发⼈员的视⻆分析，还要更多从系统、内核的视角出发，这样你才能追本溯源、一劳永逸地解决问题。

而大家之所以觉得这些问题难，**本质上还是对 Linux 内核理解不到位。**

比如，我接触过的业务开发者，基本都被业务的性能毛刺困扰过，但大多数人只能分析到是哪些系统调用引起的毛刺，而业务专家却可以深入底层，看到引发业务毛刺的系统资源。再比如，当发生 TCP 重传时，有人可以从 tcpdump 里的信息看出是哪个 TCP 连接进行重传，高手们却可以通过这些信息看到为什么会发生重传。

能深入到 Linux 内核分析问题的人，**看问题能直击本质，定位、分析问题的能力都更强**，往往能解决别人解决不了的问题。

事实上，如果你不是内核开发者，没有必要去搞懂它的每个细节，掌握它的每个机制，只要能通过掌握 Linux 内核知识，解决实际应用层的问题就够了，这也是邵亚方老师和极客时间开设**《Linux 内核技术实战课》**专栏的初衷，希望能把自己多年的 Linux 内核学习和实践经验，通过“解决问题，满足需求”的方式传递给你。

在专栏中，他从生产环境中 4 类典型问题（Page Cache 管理、内存泄漏、TCP 重传、内核态 CPU 利用率飙高）入手，带你了解：应用程序是怎样跟系统资源打交道的；如何选择业务类型的配置更好；棘手问题出现时该如何一步步排查等等，让 Linux 内核更好地服务你的应用程序。

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**再介绍一下专栏作者：邵亚方老师**

他是前蘑菇街技术专家，Linux Kernel 活跃贡献者，在 Linux 内核领域深耕了 10 余年，先后在华为、蘑菇街、Juniper Networks 等知名互联网企业从事内核研发工作。

擅长从 Linux 系统内核层⾯来分析解决实际疑难问题、提高业务性能。在华为和蘑菇街，经历了公司从 0 到 1 切换 Linux 或开发部署私有云的过程，通过改造 Linux 内核保障了业务的平滑切换、稳定性和性能；在 Juniper Networks 则一直致力于提升网络性能，保障业务网络的稳定性。

目前主要活跃在 Linux 内核的内存管理子系统（linux-mm），如果你有关注这个邮件列表的话，应该经常能看到他的名字。

**他是如何讲解 Linux 内核的？**

在专栏中，他结合自己的工作经验，总结出了开发者在生产环境中经常会遇到的四类问题：Page Cache 管理、内存泄漏、TCP 重传、内核态 CPU 利用率飙高。每类问题对应一个模块，按照基础篇、案例篇和分析篇的方式来呈现。

**1、Page Cache 管理模块**，带你了解如何更好地利用 Page Cache 来减少无谓的 I/O 开销，Page Cache 管理不当会引起的哪些问题，以及怎样分析和解决。

**2、内存泄漏模块**，重点分析应用程序是如何从系统中申请和释放内存。通过内存泄露这类案例，带你了解应用程序使用内存的细节，以及由内存使用不当而引发问题的解决方案。

**3、TCP 重传模块**，为你讲解 TCP 连接的建立、传输和断开的过程，分析这个过程究竟会受哪些配置项的影响，以及配置不当会引起的网络问题。从 TCP 重传这类具体案例出发，带你掌握必要的网络细节知识，以及遇到相关问题时，你该如何去分析和解决。

**4、内核态 CPU 利用率飙高模块**，带你分析应用程序该如何高效使用 CPU，以及哪些情况会导致 CPU 使用低效，比如内核态 CPU 利用率过高等。针对内核态 CPU 利用率高的这个案例，侧重讲解哪些 Linux 内核的特性或系统配置项会引起这种问题，以及怎样分析和解决。

每个模块的最后，都会总结这些常见问题的一般分析思路，让你在面对同类型问题时有一个大致的分析方向。

Linux 底层知识的学习并不是一蹴而就的，但学完这个专栏，相信你不仅可以很好地掌握必备的 Linux 内核基础知识，也能学到很多解决实际问题的技巧，让 Linux 内核真正有效服务于你的应用程序。

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最后再强调一下

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