影响Linux系统性能的因素有哪些？
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2023-03-14
评价 Linux 系统性能的好坏，大致可以从 Linux 完成任务的有效性、稳定性以及响应速度等方面进行考量。作为 Linux 系统管理员，可能经常会遇到系统不稳定、响应速度慢等问题。
例如，在 Linux 系统搭建了一个 Web 服务，就可能出现网页无法打开、打开速度慢等现象，而遇到这些问题时，有人可能会抱怨 Linux 系统不好，其实这些不过是表面现象。
要知道，操作系统在完成某个任务时，与系统自身设置、网络拓扑结构、路由设备、接入设备、物理线路等多个方面都密切相关，任何一个环节出现问题，都会影响整个系统的性能。
对于 Linux 系统来说，当运行应用程序出现问题时，要从应用程序本身、操作系统、服务器硬件和网络环境等方面综合排查，深度剖析问题出现在哪个部分，才能有针对性地解决。
那么，影响 Linux 系统性能的因素主要有哪些呢？
但亊实也并非完全如此，目前大部分 CPU 在同一时间内只能运行一个线程，超线程的处理器可以在同一时间运行多个线程，因而可以利用处理器的超线程特性提髙系统性能。
而在 Linux 系统下，只有运行 SMP 内核才能支持超线程，但是安装的 CPU 数量越多，从超线程获得的性能上的提高就越少。另外，Linux 内核会把多核的处理器当作多个单独的 CPU 来识别，例如两颗 4 核的 CPU 在 Linux 系统下会认为是 8 颗 CPU。
Linux 系统采用了物理内存和虚拟内存的概念，虚拟内存虽然可以缓解物理内存的不足，但是占用过多的虚拟内存，应用程序的性能将明显下降。要保证应用程序的高性能运行，物理内存一定要足够大，但不应过大，否则会造成内存资源的浪费。
例如，在一个 32 位处理器的 Linux 操作系统上，超过 8GB 的物理内存都将被浪费。因此，要使用更大的内存，建议安装 64 位的操作系统，同时开启 Linux 的大内存内核支持。
不仅如此，由于处理器寻址范围的限制，在 32 位 Linux 操作系统上，应用程序单个进程最大只能使用 2GB 的内存。这样即使系统有更大的内存，应用程序也无法“享”用，解决的办法就是使用 64 位处理器，安装 64 位操作系统，在 64 位操作系统下，可以满足所有应用程序对内存的使用需求，几乎没有限制。
对内存性能要求比较的应用有打印服务器、数据库服务器和静态 Web 服务器等，因此对于这类应用，要把内存大小放在主要位置。
不过，好在现今的磁盘都采用了很多方法来提高 I/O 性能，比如常见的磁盘 RAID 技术。
RAID 的英文全称为 Redundant Array of Independent Disks，翻译成中文为独立磁盘冗余阵列，简称磁盘阵列。RAID 通过把多块独立的磁盘（物理硬盘）按不同方式组合起来，形成一个磁盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的 I/O 性能和数据冗余。
通过 RAID 技术组成的磁盘组，就相当于一个大硬盘，用户可以对它进行分区格式化、建立文件系统等操作，跟单个物理硬盘一模一样，惟一不同的是 RAID 磁盘组的 I/O 性能比单个硬盘要高很多，同时对数据的安全性也有很大提升。
幸运的是，现在的网络一般都是千兆带宽，或者光纤网络，带宽问题对应用程序性能造成的影响也在逐步降低。
通过对以上 4 个方面的讲述，不难看出，各个方面之间都是相互依赖的，不能孤立地从某个方面来排查问题。换句话说，当一个方面出现性能问题时，往往会引发其他方面出现问题。
例如，大量的磁盘读写势必消耗 CPU 和 I/O 资源，而内存的不足会导致频繁地进行内存页写入磁盘、磁盘写到内存的操作，造成磁盘 I/O 瓶颈，同时大量的网络流量也会造成 CPU 过载。总之，在处理性能问题时，应纵观全局，从各个方面进行综合考虑。
例如，在 Linux 系统搭建了一个 Web 服务，就可能出现网页无法打开、打开速度慢等现象，而遇到这些问题时，有人可能会抱怨 Linux 系统不好，其实这些不过是表面现象。
要知道，操作系统在完成某个任务时，与系统自身设置、网络拓扑结构、路由设备、接入设备、物理线路等多个方面都密切相关，任何一个环节出现问题，都会影响整个系统的性能。
对于 Linux 系统来说，当运行应用程序出现问题时，要从应用程序本身、操作系统、服务器硬件和网络环境等方面综合排查，深度剖析问题出现在哪个部分，才能有针对性地解决。
那么，影响 Linux 系统性能的因素主要有哪些呢？
CPU
CPU 是操作系统稳定运行的根本，CPU 的速度与性能很大一部分决定了系统整体的性能，因此 CPU 数量越多、主频越高，服务器性能也就相对越好。但亊实也并非完全如此，目前大部分 CPU 在同一时间内只能运行一个线程，超线程的处理器可以在同一时间运行多个线程，因而可以利用处理器的超线程特性提髙系统性能。
而在 Linux 系统下，只有运行 SMP 内核才能支持超线程，但是安装的 CPU 数量越多，从超线程获得的性能上的提高就越少。另外，Linux 内核会把多核的处理器当作多个单独的 CPU 来识别，例如两颗 4 核的 CPU 在 Linux 系统下会认为是 8 颗 CPU。
在 Linux 系统中，邮件服务器、动态 Web 服务器等应用对 CPU 性能的要求相对较高，因此对于这类应用，要把 CPU 的配置和性能放在主要位置。注意，从性能角度来讲，两颗 4 核的 CPU 和 8 颗单核的 CPU 并不完全等价，根据权威部门得出的测试结论，前者的整体性能要低于后者 25%〜30%。
内存
内存的大小也是影响 Linux 性能的一个重要的因素。内存太小，系统进程将被阻塞，应用也将变得缓慢，甚至失去响应；内存太大，会导致资源浪费。Linux 系统采用了物理内存和虚拟内存的概念，虚拟内存虽然可以缓解物理内存的不足，但是占用过多的虚拟内存，应用程序的性能将明显下降。要保证应用程序的高性能运行，物理内存一定要足够大，但不应过大，否则会造成内存资源的浪费。
例如，在一个 32 位处理器的 Linux 操作系统上，超过 8GB 的物理内存都将被浪费。因此，要使用更大的内存，建议安装 64 位的操作系统，同时开启 Linux 的大内存内核支持。
不仅如此，由于处理器寻址范围的限制，在 32 位 Linux 操作系统上，应用程序单个进程最大只能使用 2GB 的内存。这样即使系统有更大的内存，应用程序也无法“享”用，解决的办法就是使用 64 位处理器，安装 64 位操作系统，在 64 位操作系统下，可以满足所有应用程序对内存的使用需求，几乎没有限制。
对内存性能要求比较的应用有打印服务器、数据库服务器和静态 Web 服务器等，因此对于这类应用，要把内存大小放在主要位置。
磁盘读写（I/O）能力
磁盘的 I/O 能力会直接影响应用程序的性能。比如说，在一个需要频繁读写的应用中，如果磁盘 I/O 性能得不到满足，就会导致应用的停滞。不过，好在现今的磁盘都采用了很多方法来提高 I/O 性能，比如常见的磁盘 RAID 技术。
RAID 的英文全称为 Redundant Array of Independent Disks，翻译成中文为独立磁盘冗余阵列，简称磁盘阵列。RAID 通过把多块独立的磁盘（物理硬盘）按不同方式组合起来，形成一个磁盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的 I/O 性能和数据冗余。
通过 RAID 技术组成的磁盘组，就相当于一个大硬盘，用户可以对它进行分区格式化、建立文件系统等操作，跟单个物理硬盘一模一样，惟一不同的是 RAID 磁盘组的 I/O 性能比单个硬盘要高很多，同时对数据的安全性也有很大提升。
有关 RAID 更多的介绍，可阅读《Linux RAID（磁盘列阵）完全攻略》一节做深入了解。
网络带宽
Linux 下的各种应用，一般都是基于网络的，因此网络带宽也是影响性能的一个重要因素，低速的、不稳定的网络将导致网络应用程序的访问阻塞；而稳定、高速的带宽，可以保证应用程序在网络上畅通无阻地运行。幸运的是，现在的网络一般都是千兆带宽，或者光纤网络，带宽问题对应用程序性能造成的影响也在逐步降低。
通过对以上 4 个方面的讲述，不难看出，各个方面之间都是相互依赖的，不能孤立地从某个方面来排查问题。换句话说，当一个方面出现性能问题时，往往会引发其他方面出现问题。
例如，大量的磁盘读写势必消耗 CPU 和 I/O 资源，而内存的不足会导致频繁地进行内存页写入磁盘、磁盘写到内存的操作，造成磁盘 I/O 瓶颈，同时大量的网络流量也会造成 CPU 过载。总之，在处理性能问题时，应纵观全局，从各个方面进行综合考虑。