Linux 系统调优与CPU-IO-网络内核参数调优
1. Linux系统调优
1.1 安装工具包
在开始监控前，需要确保系统已安装以下工具包，它们是后续操作的基础：
sysstat：包含 mpstat、iostat、sar 等核心统计工具iotop：专门监控磁盘 I/O 的进程级工具nethogs：按进程查看网络占用的利器nload：实时可视化网络带宽的工具httpd-tools：含 ab 压力测试工具（用于网络测试）
以 CentOS 为例，安装命令如下：
yum install sysstat iotop nethogs nload httpd-tools -y
Ubuntu/Debian 系统则用apt-get install替代即可。
1.2 CPU 负载查看
CPU 是系统的 “大脑”，一旦过载，整个系统都会变慢。下面这些工具能帮你快速定位 CPU 问题。
1. 快速看负载：uptime
最简单的负载查看命令，执行后一秒出结果：
uptime
# 示例输出：16:30:45 up 2 days, 4:12, 2 users, load average: 1.25, 0.98, 0.85
输出解读：
- 前半部分是当前时间、系统运行时长、登录用户数
- 关键看最后三个数字：1 分钟、5 分钟、15 分钟平均负载
- 判断标准：若 1 分钟负载 > CPU 核心数（可通过
lscpu | grep "CPU(s):"查看核心数），说明系统可能短暂过载，需结合 5/15 分钟趋势 —— 如果三者都高，那就是真过载了。
比如我这台机器是 1 核 CPU，1 分钟负载 1.25>1，说明此刻有点 “忙”，但 5/15 分钟负载在下降，问题不大。
2. 实时监控进程：top
top能实时显示进程 CPU 占用。执行top后，按大写 P，进程会按 CPU 使用率降序排列，谁在 “吃 CPU” 一目了然：
top
# 按P后，表头%CPU列会标红，高占用进程排在最前面
如果想退出，按q即可。
3. 批量查高 CPU 进程：ps
如果不想实时监控，只想一次性导出前 10 个高 CPU 进程，用ps命令更方便：
ps -aux --sort -pcpu | head -10
参数解读：
-aux：列出所有进程（包括无终端的后台进程），显示 CPU、内存等详细信息--sort -pcpu：按 CPU 使用率（pcpu）降序排列（负号表示降序）| head -10：只显示前 10 条结果，避免输出太多看不过来
4. 看 CPU 核心详情：mpstat
如果想知道每个 CPU 核心的负载（比如是不是某一个核心被占满），用mpstat（来自 sysstat 包）：
mpstat -P ALL 1 5
# -P ALL：显示所有核心（包括整体平均）
# 1 5：每1秒采样一次，共采样5次
重点关注这几列：
%usr：用户空间进程占用 CPU 比例（比如 Java、Python 程序）%sys：内核空间占用 CPU 比例（比如系统调用、驱动）%iowait：CPU 等待 I/O 的时间比例（如果这个值高，说明不是 CPU 本身忙，而是等磁盘 / 网络）%idle：CPU 空闲比例（越低越忙）
1.3 内存运行状态查看
内存不足时，系统会用磁盘当 “虚拟内存”（swap），而磁盘速度比内存慢 100 倍以上，所以内存监控也很关键。
1. 快速看内存：free
执行free -m（-m 表示以 MB 为单位，更直观）：
关键看available 列：这是系统实际可用的内存（包括可回收的缓存），比 free 列更准确。如果 available 很低，说明内存紧张。
2. 看详细内存信息：/proc/meminfo
/proc/meminfo是内核暴露的内存详情文件，用cat查看：
cat /proc/meminfo
重点关注两项：
Active：活跃内存（正在被使用，不容易释放）Inactive：非活跃内存（暂时不用，系统可换出到 swap）
如果 Inactive 很高，说明内存有 “闲置”，可通过调整内核参数释放。
3. 实时看进程内存：top + M
和看 CPU 类似，执行top后按大写 M，进程会按内存使用率降序排列，能快速找到 “内存大户”。
4. 批量查高内存进程：ps
一次性导出前 10 个高内存进程：
ps -aux --sort -rss | head -10
# --sort -rss：按物理内存占用（RSS）降序排列
1.4 磁盘 I/O状态查看
磁盘 I/O 是很多系统的性能瓶颈 —— 比如数据库读写频繁、日志写入量大时，磁盘会成为 “短板”。
1. 先看文件系统块大小
不同文件系统的块大小会影响 I/O 效率（比如 4KB 块适合小文件，64KB 适合大文件），先确认块大小：
- EXT4/EXT3 系统（常见于旧服务器）：
tune2fs -l /dev/sda1 | grep "Block size" # 示例输出：Block size: 4096（4KB） - XFS 系统（常见于 CentOS 7+）：
xfs_growfs -l /dev/sda1 | grep bsize # 示例输出：bsize=4096（4KB）
2. 监控磁盘整体 I/O：iostat
iostat能看磁盘的读写速度，执行：
iostat -d -k -p /dev/sda 1 5
# -d：只显示磁盘统计（不显示CPU）
# -k：以KB为单位（默认是块，不直观）
# -p /dev/sda：显示sda磁盘及所有分区
# 1 5：每1秒采样一次，共5次
重点关注：
kB_read/s：每秒从磁盘读取的数据量kB_wrtn/s：每秒写入磁盘的数据量
如果这两个值持续很高（比如超过磁盘标称的 IOPS），说明磁盘很忙。
3. 测试磁盘写入速度：dd
想知道磁盘实际能跑多快，用dd命令做个简单测试（注意：会生成 1GB 大文件，测试后可删除）：
dd if=/dev/zero of=testfile bs=1M count=1000; sync
# if=/dev/zero：从“零设备”读数据（无限输出0，不占CPU）
# of=testfile：写入到testfile文件
# bs=1M：每次读写1MB块
# count=1000：共写1000块，总大小1GB
# sync：强制刷内存到磁盘（避免缓存影响结果）
执行后会显示写入速度，比如 “1000+0 records out，1048576000 bytes (1.0 GB) copied, 12.345 seconds, 84.9 MB/s”，表示写入速度约 85MB/s。
4. 看进程级 I/O：iotop
iostat能看磁盘整体情况，但想知道哪个进程在频繁读写，需要iotop（需 root 权限）：
iotop -o -d 1
# -o：只显示正在产生I/O的进程（过滤空进程，更简洁）
# -d 1：每秒刷新一次
测试方法：在另一个终端执行find /（遍历整个文件系统，产生大量 I/O），再看iotop输出，就能看到find进程的读写情况。
1.5 网络状态查看
无论是 Web 服务还是数据库同步，网络问题都会直接影响业务，下面两个工具能帮你监控网络。
1. 实时看带宽：nload
nload是可视化工具，执行后能看到流入（Incoming）和流出（Outgoing）的带宽使用：
nload
# 界面左侧是流入，右侧是流出，显示当前/平均/最大速率
比如 “Curr: 41.12 kBit/s” 表示当前流入速率 41KB/s，“Max: 1.33 MBit/s” 是峰值。
2. 按进程看网络：nethogs
想知道哪个进程在占用带宽（比如是不是某个下载进程占满了带宽），用nethogs：
nethogs
测试方法：在另一个终端用wget https://mirrors.aliyun.com/centos/7/isos/x86_64/CentOS-7-x86_64-DVD-2009.iso下载大文件，再看nethogs，就能看到wget进程的下载带宽。
1.6 系统整体状态查看
如果想一次性看 CPU、内存、磁盘、网络的整体情况，vmstat和sar是最佳选择。
1. 实时全局监控：vmstat
执行vmstat 1 5（每 1 秒采样一次，共 5 次）：
vmstat 1 5
重点关注这些列：
r：运行队列长度（长期 > CPU 核心数，说明 CPU 不够用）b：阻塞进程数（高则 I/O 忙）si/so：swap 换入 / 换出（非 0 说明内存不足）bi/bo：磁盘读写块数（高则磁盘忙）wa：CPU 等待 I/O 时间占比（>20% 则 I/O 是瓶颈）us/sy：用户态 / 内核态 CPU 占比（us 高是应用忙，sy 高是系统调用多）id：CPU 空闲占比（低则 CPU 忙）
2. 记录历史状态：sar
sar不仅能实时监控，还能记录历史数据，方便后续分析（比如排查 “昨天下午系统卡顿” 的原因）。
记录 CPU 状态（保存到 cpu.sar 文件）：
sar -u 2 5 -o cpu.sar # -u：监控CPU # 2 5：每2秒采样一次，共5次 # -o cpu.sar：保存到文件
后续查看记录：
sar -u -f cpu.sar记录内存状态：
sar -r 1 5 # -r：监控内存和swap
记录网络状态：
sar -n DEV 1 5 # -n DEV：监控网络接口（如eth0） # 重点看rxkB/s（接收）、txkB/s（发送）
查看系统自带的历史日志：
系统默认会在/var/log/sa目录下保存历史 sar 日志（如 sa15 表示 15 号的日志），查看 15 号的网络日志：sar -n DEV -f /var/log/sa/sa15
2. CPU、磁盘 I/O、网络与内核参数调优
2.1 CPU 资源调优
1. 调整进程优先级（nice 值）
- 作用：通过修改
nice值改变进程 CPU 调度优先级，实现资源合理分配。 - 范围：
-20（最高优先级）~19（最低优先级），默认值为0。 - 核心命令：
- 启动时设置：
nice -n -5 vim a.txt，将vim a.txt进程的nice值设为-5，提升其优先级，系统繁忙时优先分配 CPU。 - 运行中修改：
renice -n 6 24318，将 PID 为24318的进程nice值设为6，降低优先级，使其 “谦让” CPU 资源。
- 启动时设置：
- 关键规律：
nice值越小，进程优先级越高，获取 CPU 资源越多；值越大，优先级越低，资源获取越少。 - 适用场景：给核心业务进程（如服务器进程）提权，给后台备份等非紧急进程降权。
2. 设置 CPU 亲和力（taskset）
- 作用：将进程绑定到指定 CPU 核心，减少上下文切换开销，提升运行稳定性。
- 安装：需先安装
util-linux包（yum install util-linux）。 - 核心命令：
- 绑定单个核心：
taskset -c 0 vim a.txt，启动的vim进程仅在 CPU0 上运行。 - 查看绑定情况：
taskset -cp 20146，查看 PID 为20146进程的 CPU 绑定核心（示例输出绑定 CPU0）。 - 绑定多个核心：
taskset -c 1,3 vim b.txt，vim进程仅在 CPU1 和 CPU3 间调度。
- 绑定单个核心：
3. 查看 CPU 信息（cat /proc/cpuinfo）
- 作用：读取
/proc虚拟文件系统，获取 CPU 硬件详细参数，相当于 “CPU 身份证”。 - 核心信息解读：
- 核心数量：
processor条目数 = 总逻辑核心数（含超线程）；cpu cores= 单个物理 CPU 的物理核心数（如cpu cores : 4表示 4 核）。 - 型号与主频：
model name显示 CPU 型号（如i7-7700HQ）和基础主频；cpu MHz显示实时运行频率（动态调频时会变化）。 - 厂商与功能：
vendor_id区分 Intel/AMD；flags列出支持的指令集（如avx2加速多媒体、vmx支持虚拟化）。
- 核心数量：
- 常用操作指令：
- 查看物理 CPU 数量：
cat /proc/cpuinfo | grep "physical id" | sort | uniq。 - 查看逻辑 CPU 数量：
cat /proc/cpuinfo | grep "processor" | sort -u | wc -l。 - 查看 CPU 核数：
cat /proc/cpuinfo | grep "cpu cores" | sort | uniq。
- 查看物理 CPU 数量：
4. 用 vmstat 分析系统瓶颈
- 关键指标：
r：等待运行的进程数，持续大于 “CPU 核心数 ×3” 表示 CPU 繁忙。us：用户态 CPU 时间占比，高则说明应用程序消耗资源多。sy：系统态 CPU 时间占比，高则表示内核消耗资源多。wa：CPU 等待 I/O 的时间占比，高则提示磁盘 I/O 存在瓶颈。id：空闲 CPU 时间占比，低则表示 CPU 负载高。
- 实战场景对应：
- 上传大文件：
wa高、bo（每秒写入块数）大，说明写磁盘繁忙。 - 复制文件：
bi（每秒读取块数）和bo均高、wa高，说明磁盘读写均繁忙。 - 高并发 HTTP 请求：
r高、us高，说明 CPU 处理能力不足。
- 上传大文件：
2.2 磁盘 I/O 调优
1. ulimit 资源限制
- 配置文件：
/etc/security/limits.conf（或/etc/security/limits.d/目录下文件），用于限制用户进程资源上限。 - 常用设置（对所有用户生效）：
* soft nofile 1024000：软限制，最多打开 1024000 个文件描述符（超限时警告）。* hard nofile 1024000：硬限制，绝对不能超过 1024000 个文件描述符（软限制≤硬限制）。* soft nproc 65535：软限制，最多创建 65535 个进程 / 线程（超限时警告）。* hard nproc 65535：硬限制，绝对不能超过 65535 个进程 / 线程。
- 查看与临时修改：
- 查看
nofile软限制：ulimit -n；硬限制：ulimit -Hn。 - 查看
nproc软限制：ulimit -u。 - 临时修改
nofile限制：ulimit -n 10000（重启后失效）。
- 查看
2. 测试磁盘速度
- 读速度测试：
hdparm -t --direct /dev/sdahdparm：硬盘参数查看与调整工具；-t测试缓存读取速度；--direct启用直接 IO（跳过系统缓存，反映真实物理读速）；/dev/sda指定测试硬盘。
- 写速度测试：
dd if=/dev/zero of=/test.dbf bs=1M count=2000 oflag=directdd：文件复制工具；if=/dev/zero从 “无限空数据设备” 读数据；of=/test.dbf写入到test.dbf；bs=1M块大小 1MB；count=2000共 2000 块（约 2GB）；oflag=direct直接 IO（跳过缓存，反映真实物理写速）。
- 时间测试：
time dd if=/dev/zero of=/test.dbf bs=1M count=200time统计命令耗时；无oflag=direct时，速度含系统缓存加速，需注意与真实物理速度区分。- 输出解读：
real为实际总耗时，user为用户态耗时，sys为内核态耗时（主要是磁盘 IO 处理时间）。
2.3 内核参数调优（防御 SYN 洪水攻击）
1. 配置文件与参数
- 修改文件：
/etc/sysctl.conf，添加以下参数：plaintext
net.ipv4.tcp_synack_retries = 0 net.ipv4.tcp_syn_retries = 1 net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 20480 net.ipv4.tcp_syncookies = 1 net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1 net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1 net.ipv4.tcp_fin_timeout = 10 fs.file-max = 819200 net.core.somaxconn = 65535 net.core.rmem_max = 1024123000 net.core.wmem_max = 16777216 net.core.netdev_max_backlog = 165536 net.ipv4.ip_local_port_range = 10000 65535 - 生效命令：
sysctl -p（使配置立即生效）。
2. 关键参数说明
tcp_synack_retries = 0：不重发 SYN+ACK 包，快速释放半连接。tcp_syncookies = 1：启用 SYN Cookie，防御少量 SYN 洪水攻击。fs.file-max = 819200：设置系统最大文件句柄数。net.core.somaxconn = 65535：设置最大连接队列长度。
2.4 扩展：网卡绑定（Bonding）
1. 常用模式
mode=0：负载均衡，需交换机支持。mode=1：主备模式，常用（一个网卡故障时自动切换到备用网卡）。mode=4：LACP 聚合，需交换机支持。
2. 配置命令（主备模式示例）
# 创建bond0连接，指定主备模式、监控间隔、主网卡及IP
nmcli connection add type bond ifname bond0 con-name bond0 miimon 100 mode active-backup primary ens33 ip4 192.168.1.63/24
# 添加ens33为bond从网卡
nmcli connection add type bond-slave ifname ens33 master bond0
# 添加ens38为bond从网卡
nmcli connection add type bond-slave ifname ens38 master bond0
3. 验证命令
cat /proc/net/bonding/bond0，查看网卡绑定状态。
2.5 调优模块汇总表
| 模块 | 调优手段 | 适用场景 |
|---|---|---|
| CPU | nice、taskset、vmstat | 高 CPU 负载、多进程调度优化 |
| 磁盘 I/O | ulimit、hdparm、dd | 高并发读写、磁盘速度测试与优化 |
| 网络 | 网卡 Bonding、内核参数（防 SYN 攻击） | 高可用、负载均衡、网络安全防护 |
| 内核 | sysctl 参数优化（连接、文件句柄等） | 高并发连接、系统资源限制调整 |
3. 总结
3.1 核心监控工具
CPU
- 负载：
uptime（1/5/15 分钟负载，超 CPU 核心数需警惕） - 进程：
top（按 P 排序）、ps -aux --sort -pcpu | head -6（前 6 高耗进程） - 详情：
mpstat -P ALL 1 5（各核心使用率）
- 负载：
内存
- 概览：
free -m（关注 available 列） - 详情：
cat /proc/meminfo（Active/Inactive） - 进程：
top（按 M 排序）、ps -aux --sort -rss | head -10
- 概览：
磁盘 I/O
- 信息：XFS 用
xfs_growfs -l，EXT4 用tune2fs -l（查块大小） - 统计：
iostat -d -k -p /dev/sda 1 5（读写速率） - 进程：
iotop -o -d 1（实时 I/O 进程） - 测试：
dd if=/dev/zero of=testfile bs=1M count=1000; sync
- 信息：XFS 用
网络
- 带宽：
nload（实时流入 / 流出） - 进程：
nethogs（各进程占用） - 压测：
ab -n 1000 -c 2 网址
- 带宽：
整体状态
- 实时：
vmstat 1 5（运行队列、I/O 等待等） - 记录：
sar（CPU / 内存 / 网络，支持历史查询）
- 实时：
3.2 关键调优手段
CPU
- 优先级：
nice/renice（-20~19，值小优先级高） - 亲和性：
taskset -c 核心号 进程（减少切换）
- 优先级：
磁盘 I/O
- 限制：
/etc/security/limits.conf（设 nofile/nproc 上限） - 测速：
hdparm -t --direct（读）、time dd（时间统计）
- 限制：
内核
- 配置：
/etc/sysctl.conf（防 SYN 攻击：tcp_syncookies=1；高并发：somaxconn=65535等） - 生效：
sysctl -p
- 配置：