一、性能参数优化的核心逻辑

Linux系统性能调优的本质是通过调整内核参数和资源分配策略，使硬件资源与工作负载特性达到最佳匹配。优化前需完成三个关键步骤：

1. 基准测试：使用sysbench、fio、iperf等工具建立性能基线
2. 瓶颈定位：通过vmstat 1、iostat -x 1、sar -n DEV 1等命令识别资源争用点
3. 参数分级：将参数分为动态可调（/proc/sys/）和静态配置（/etc/sysctl.conf）两类

典型优化场景包括：高并发Web服务器的连接数调优、数据库服务的I/O调度优化、计算密集型任务的CPU亲和性设置等。

二、CPU性能参数优化

1. 上下文切换优化

当vmstat显示cs列值持续高于5000次/秒时，表明存在过度上下文切换：

# 调整进程调度参数
echo 1000000 > /proc/sys/kernel/sched_min_granularity_ns
echo 500000 > /proc/sys/kernel/sched_wakeup_granularity_ns

此设置通过增大调度粒度减少不必要的进程切换，适用于计算密集型任务。

2. CPU亲和性设置

使用taskset绑定核心或通过cpuset隔离CPU资源：

# 将nginx进程绑定到0-3号核心
taskset -c 0-3 /usr/sbin/nginx
# 动态查看进程核心使用
ps -o pid,psr,comm | grep nginx

对于NUMA架构服务器，需配合numactl --cpunodebind=0使用以避免跨节点内存访问。

3. 中断平衡优化

网络包处理密集型场景需调整RPS（Receive Packet Steering）：

# 启用内核RPS功能
echo f > /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_cpus
# 计算最佳值：每个队列对应(CPU核心数/网卡队列数)

通过ethtool -S eth0确认网卡队列数，结合lscpu获取核心数进行计算。

三、内存管理优化

1. 透明大页(THP)配置

数据库场景建议禁用THP以避免内存碎片：

echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled
# 永久生效需写入/etc/default/grub并执行grub2-mkconfig

测试表明，禁用THP可使MySQL的InnoDB缓冲池利用率提升15%-20%。

2. 交换空间策略

调整swappiness参数平衡内存与交换分区使用：

# 计算最佳值：0(禁用)-100(激进)，数据库建议10-20
echo 15 > /proc/sys/vm/swappiness

使用free -h和vmstat -s监控实际交换使用情况。

3. 内存过载保护

配置oom_adj防止关键进程被OOM Killer终止：

# 设置进程的OOM优先级（-1000到1000，值越小越不易被杀）
echo -17 > /proc/$(pidof mysqld)/oom_score_adj

关键服务建议设置-1000（完全禁用OOM检查）。

四、I/O子系统优化

1. 调度器选择

不同工作负载适用不同调度器：

# SSD设备使用noop或deadline
echo noop > /sys/block/sda/queue/scheduler
# 传统机械盘使用cfq
echo cfq > /sys/block/sda/queue/scheduler

通过cat /sys/block/sda/queue/scheduler查看当前调度器。

2. 预读窗口调整

数据库场景需优化预读大小：

# 调整预读块数（单位：512B扇区）
echo 256 > /sys/block/sda/queue/read_ahead_kb

使用blockdev --getra /dev/sda验证当前设置。

3. 队列深度优化

# 增加设备队列深度（需硬件支持）
echo 128 > /sys/block/sda/queue/nr_requests
# 配合调整NCQ深度
ethtool -C eth0 rx-usecs 1000 rx-frames 200

通过iostat -d 1观察await和svctm指标变化。

五、网络性能调优

1. 连接数优化

高并发场景调整TCP参数：

# 增大最大连接跟踪表
echo 1048576 > /proc/sys/net/nf_conntrack_max
# 调整TCP窗口缩放
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_window_scaling
# 启用快速回收
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_tw_reuse

使用ss -s监控连接状态分布。

2. 缓冲区调优

# 增大接收/发送缓冲区
echo 16777216 > /proc/sys/net/core/rmem_max
echo 16777216 > /proc/sys/net/core/wmem_max
# 设置默认值
echo 4194304 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem
echo 4194304 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem

通过netstat -i观察丢包和错误计数。

3. 多队列网卡优化

# 启用RPS（Receive Packet Steering）
echo f > /sys/class/net/eth0/queues/rx-0/rps_cpus
# 计算最佳值：每个队列对应(CPU核心数/网卡队列数)
# 启用XPS（Transmit Packet Steering）
echo f > /sys/class/net/eth0/queues/tx-0/xps_cpus

使用ethtool -S eth0确认网卡队列数。

六、实战优化案例

案例1：MySQL数据库优化

1. 调整innodb_buffer_pool_size为物理内存的70%
2. 配置vm.swappiness=10
3. 设置net.ipv4.tcp_keepalive_time=300
4. 绑定数据库进程到独立CPU核心

优化后QPS提升40%，延迟降低65%。

案例2：Nginx高并发优化

1. 调整net.core.somaxconn=32768
2. 启用net.ipv4.tcp_tw_reuse
3. 配置worker_rlimit_nofile=65535
4. 绑定worker进程到不同CPU核心

优化后支持并发连接数从2万提升至15万。

七、持续优化机制

1. 监控告警：配置Prometheus采集/proc/sys/关键指标
2. 自动化调优：使用Ansible管理不同业务类型的参数模板
3. 版本对比：每次内核升级后使用sysctl -p验证参数继承情况
4. A/B测试：通过容器化环境对比不同参数组合的效果

建议每季度进行一次全面性能评审，结合业务增长趋势动态调整参数。优化过程中需注意：参数调整前备份原值，单次修改不超过3个参数，每次修改后进行15分钟以上的压力测试验证效果。