@@ -307,17 +307,6 @@ perf report
307307当你在你的系统中使用top发现CPU使用率很高，但是每个进程的CPU使用率有很小的情况下，一般是因为有短时运行进程导致的，可以使用 ` perf record` 工具或者 bcc的 ` ` 工具来确认是否有短时进程
308308
309309
310-
311-
312-
313-
314-
315-
316-
317-
318-
319-
320-
321310# ### 上下文切换
322311进程在竞争CPU的时候，并没有真正运行，为什么还会导致系统的负载升高？聪明的你一定想到了-CPU上下文切换
323312Linux 是一个多任务操作系统，它支持远大于 CPU 数量的任务同时运行。当然，这些任务实际上并不是真的在同时运行，而是因为系统在很短的时间内，将 CPU 轮流分配给它们，造成多任务同时运行的错觉。
@@ -621,6 +610,7 @@ CPU 使用率描述了非空闲时间占总 CPU 时间的百分比，根据 CPU
621610
622611# # 内存
623612
613+ ! [[Pasted image 20250626171804.png]]
624614同 CPU 管理一样，内存管理也是操作系统最核心的功能之一。内存主要用来存储系统和应用程序的指令、数据、缓存等。
625615
626616# ## 内存原理
@@ -703,42 +693,212 @@ MiB Swap: 0.0/15968.0 [ ]
703693- SHR 是共享内存的大小，比如与其他进程共同使用的共享内存、加载的动态链接库以及程序的代码段等。
704694- %MEM 是进程使用物理内存占系统总内存的百分比。
705695
696+ > 其中缓存是 Buffer 和 Cache 两部分的总和 。
697+
706698在查看 top 输出时，你还要注意两点。
707699- 第一，虚拟内存通常并不会全部分配物理内存。从上面的输出，你可以发现每个进程的虚拟内存都比常驻内存大得多。
708700- 第二，共享内存 SHR 并不一定是共享的，比方说，程序的代码段、非共享的动态链接库，也都算在 SHR 里。当然，SHR 也包括了进程间真正共享的内存。所以在计算多个进程的内存使用时，不要把所有进程的 SHR 直接相加得出结果
709701
710702
711- # ### 怎么理解内存中的Buffer和Cache？
703+ # #### 怎么理解内存中的Buffer和Cache？
704+ Buffer 和 Cache 可能不太好区分。从字面上来说， Buffer 是缓冲区，而 Cache 是缓存，两者都是数据在内存中的临时存储。那么，你知道这两种“临时存储”有什么区别吗？
712705
706+ > 注：今天内容接下来的部分，Buffer 和 Cache 我会都用英文来表示，避免跟文中的“缓存”一词混淆。而文中的“缓存”，则通指内存中的临时存储
713707
714- # ### 虚拟内存
715- # ### 内存分配与回收
716- # ### 缓存与缓冲区
717- # ### SWAP
708+ ` ` `
709+ buffers
710+ Memory used by kernel buffers (Buffers in /proc/meminfo)
711+ cache
712+ Memory used by the page cache and slabs (Cached and SReclaimable in /proc/meminfo)
713+ buff/cache
714+ Sum of buffers and cache
715+ ` ` `
716+ - Buffers 是内核缓冲区用到的内存，对应的是 /proc/meminfo 中的 Buffers 值
717+ - Cache 是内核页缓存和 Slab 用到的内存，对应的是 /proc/meminfo 中的 Cached 与SReclaimable 之和
718718
719+
720+ Buffer 既可以用作“将要写入磁盘数据的缓存”，也可以用作“从磁盘读取数据的缓存”。
721+ Cache 既可以用作“从文件读取数据的页缓存”，也可以用作“写文件的页缓存”
722+
723+ 简单来说，Buffer 是对磁盘数据的缓存，而 Cache 是文件数据的缓存，它们既会用在读请求中，也会用在写请求中。
724+
725+
726+ # ### SWAP
727+ 除了系统内存和进程内存，第三类重要指标就是 Swap 的使用情况，比如 Swap 的已用空间、剩余空间、换入速度和换出速度等。
728+ 已用空间和剩余空间很好理解，就是字面上的意思，已经使用和没有使用的内存空间。换入和换出速度，则表示每秒钟换入和换出内存的大小。
719729# ## 性能指标
720- # ### 系统内存使用量
721- # ### 进程内存使用量
722- # ### 缓存与缓冲区命中率
723- # ### SWAP使用量
730+ # ### 根据指标找工具
731+
732+ ! [[Pasted image 20250626172055.png]]
733+
734+
735+ # ### 根据工具找指标
736+
737+ ! [[Pasted image 20250626172120.png]]
738+
724739
725740# ## 性能剖析
726741
727- # ### top
728- # ### sar
742+ # ### 快速定位性能问题
743+ 1. 先用 free 和 top，查看系统整体的内存使用情况。
744+ 2. 再用 vmstat 和 pidstat，查看一段时间的趋势，从而判断出内存问题的类型。
745+ 3. 最后进行详细分析，比如内存分配分析、缓存 / 缓冲区分析、具体进程的内存使用分析等
746+
747+ ! [[Pasted image 20250626172857.png]]
748+
749+ # ### proc文件系统
750+
751+ # ## 调优方法
752+ # ### 如何利用系统缓存优化程序的运行效率？
753+ Buffer 和Cache 的设计目的，是为了提升系统的 I/O 性能。它们利用内存，充当起慢速磁盘与快速CPU 之间的桥梁，可以加速 I/O 的访问速度。
754+
755+ Buffer 和 Cache 分别缓存的是对磁盘和文件系统的读写数据。
756+ 从写的角度来说，不仅可以优化磁盘和文件的写入，对应用程序也有好处，应用程序可以在数据真正落盘前，就返回去做其他工作。
757+ 从读的角度来说，不仅可以提高那些频繁访问数据的读取速度，也降低了频繁 I/O 对磁盘的压力。
758+
759+
760+ # #### 利用缓存与缓冲区
761+ 我们想利用缓存来提升程序的运行效率，应该怎么评估这个效果呢？换句话说，有没有哪个指标可以衡量缓存使用的好坏呢？
762+
763+ 聪明的你肯定想到了-缓存的命中率。所谓缓存命中率，是指直接通过缓存获取数据的请求次数，占所有数据请求次数的百分比
764+
765+ 命中率越高，表示使用缓存带来的收益越高，应用程序的性能也就越好。
766+
767+ 实际上，缓存是现在所有高并发系统必需的核心模块，主要作用就是把经常访问的数据（也就是热点数据），提前读入到内存中。这样，下次访问时就可以直接从内存读取数据，而不需要经过硬盘，从而加快应用程序的响应速度。
768+
769+ 这些独立的缓存模块通常会提供查询接口，方便我们随时查看缓存的命中情况。不过 Linux系统中并没有直接提供这些接口，所以这里我要介绍一下，cachestat 和 cachetop ，它们正是查看系统缓存命中情况的工具。
770+
771+ - cachestat 提供了整个操作系统缓存的读写命中情况
772+ - cachetop 提供了每个进程的缓存命中情况。
773+
774+ # #### 指定文件的缓存大小
775+ 指定文件在内存中的缓存大小和缓存比例，可以使用pcstat工具进行获取
776+
777+ pcstat使用go语言编写，可以在这里下载 [https://github.com/tobert/pcstat](https://github.com/tobert/pcstat)
778+
779+ dd读取文件，首次慢，但是第二次快，可以通过以上命令查看，第二次快因为缓存命中率高了，首次读取的时候文件都缓存到缓存了
780+
781+
782+ # ### 缺页异常
783+ 系统调用内存分配之后，并不会立刻为其分配物理内存，而是请求首次访问时通过缺页异常来分配，缺页异常又分为一下两种场景：
784+ - 可以直接从物理内存中分配，被称为次缺页内异常
785+ - 需要磁盘I/O介入(比如swap)时，被称为主缺页异常
786+ ** 显然，主缺页异常升高，就意味着需要磁盘 I/O，那么内存访问也会慢很多。**
787+
788+
789+
790+ # # 文件系统
791+ 磁盘为系统提供了最基本的持久化存储。
792+ 文件系统则在磁盘的基础上，提供了一个用来管理文件的树状结构
793+ # ## 文件系统原理
794+ 文件系统，本身是对存储设备上的文件，进行组织管理的机制。组织方式不同，就会形成不同的文件系统。
795+ 你要记住最重要的一点，在 Linux 中一切皆文件。不仅普通的文件和目录，就连块设备、套接字、管道等，也都要通过统一的文件系统来管理
796+
797+ 为了方便管理，Linux 文件系统为每个文件都分配两个数据结构，索引节点（index node）和目录项（directory entry）。它们主要用来记录文件的元信息和目录结构。
798+
799+ 索引节点，简称为 inode，用来记录文件的元数据，比如 inode 编号、文件大小、访问权限、修改日期、数据的位置等。索引节点和文件一一对应，它跟文件内容一样，都会被持久化存储到磁盘中。所以记住，索引节点同样占用磁盘空间。
800+
801+ 目录项，简称为 dentry，用来记录文件的名字、索引节点指针以及与其他目录项的关联关系。多个关联的目录项，就构成了文件系统的目录结构。不过，不同于索引节点，目录项是由内核维护的一个内存数据结构，所以通常也被叫做目录项缓存。
802+
803+ 换句话说，索引节点是每个文件的唯一标志，而目录项维护的正是文件系统的树状结构。目录项和索引节点的关系是多对一，你可以简单理解为，一个文件可以有多个别名。
804+ ! [[Pasted image 20250626192701.png]]
805+ # ### 虚拟文件系统
806+ 目录项、索引节点、逻辑块以及超级块，构成了 Linux 文件系统的四大基本要素。不过，为了支持各种不同的文件系统，Linux 内核在用户进程和文件系统
7802
的中间，又引入了一个抽象层，也就是虚拟文件系统 VFS（Virtual File System）
807+ VFS 定义了一组所有文件系统都支持的数据结构和标准接口。这样，用户进程和内核中的其他子系统，只需要跟 VFS 提供的统一接口进行交互就可以了，而不需要再关心底层各种文件系统的实现细节
808+
809+ ! [[Pasted image 20250626192801.png]]
810+ 通过这张图，你可以看到，在 VFS 的下方，Linux 支持各种各样的文件系统，如 Ext4、XFS、NFS 等等。按照存储位置的不同，这些文件系统可以分为三类。
811+
812+ - 第一类是基于磁盘的文件系统，也就是把数据直接存储在计算机本地挂载的磁盘中。常见的 Ext4、XFS、OverlayFS 等，都是这类文件系统。
813+
814+ - 第二类是基于内存的文件系统，也就是我们常说的虚拟文件系统。这类文件系统，不需要任何磁盘分配存储空间，但会占用内存。我们经常用到的 /proc 文件系统，其实就是一种最常见的虚拟文件系统。此外，/sys 文件系统也属于这一类，主要向用户空间导出层次化的内核对象。
815+
816+ - 第三类是网络文件系统，也就是用来访问其他计算机数据的文件系统，比如 NFS、SMB、iSCSI 等。
817+ 这些文件系统，要先挂载到 VFS 目录树中的某个子目录（称为挂载点），然后才能访问其中的文件。拿第一类，也就是基于磁盘的文件系统为例，在安装系统时，要先挂载一个根目录（/），在根目录下再把其他文件系统（比如其他的磁盘分区、/proc 文件系统、/sys 文件系统、NFS 等）挂载进来。
818+ # ### 文件系统I/O栈
819+ 把文件系统挂载到挂载点后，你就能通过挂载点，再去访问它管理的文件了。VFS 提供了一组标准的文件访问接口。这些接口以系统调用的方式，提供给应用程序使用。
820+
821+ 文件读写方式的各种差异，导致 I/O 的分类多种多样。最常见的有，缓冲与非缓冲 I/O、直接与非直接 I/O、阻塞与非阻塞 I/O、同步与异步 I/O 等。 接下来，我们就详细看这四种分类
822+
823+ 1. 第一种，根据是否利用标准库缓存，可以把文件 I/O 分为缓冲 I/O 与非缓冲 I/O。
824+ - 缓冲 I/O，是指利用标准库缓存来加速文件的访问，而标准库内部再通过系统调度访问文件。
825+ - 非缓冲 I/O，是指直接通过系统调用来访问文件，不再经过标准库缓存。
826+ > 注意，这里所说的“缓冲”，是指标准库内部实现的缓存。比方说，你可能见到过，很多程序遇到换行时才真正输出，而换行前的内容，其实就是被标准库暂时缓存了起来。
827+ > 无论缓冲 I/O 还是非缓冲 I/O，它们最终还是要经过系统调用来访问文件。而根据上一节内容，我们知道，系统调用后，还会通过页缓存，来减少磁盘的 I/O 操作。
828+ 2. 第二，根据是否利用操作系统的页缓存，可以把文件 I/O 分为直接 I/O 与非直接 I/O
829+ - 直接 I/O，是指跳过操作系统的页缓存，直接跟文件系统交互来访问文件。
830+ - 非直接 I/O 正好相反，文件读写时，先要经过系统的页缓存，然后再由内核或额外的系统调用，真正写入磁盘
831+ > 想要实现直接 I/O，需要你在系统调用中，指定 O_DIRECT 标志。如果没有设置过，默认的是非直接 I/O。
832+ > 不过要注意，直接 I/O、非直接 I/O，本质上还是和文件系统交互。如果是在数据库等场景中，你还会看到，跳过文件系统读写磁盘的情况，也就是我们通常所说的裸 I/O。
833+ 3. 第三，根据应用程序是否阻塞自身运行，可以把文件 I/O 分为阻塞 I/O 和非阻塞 I/O：
834+ - 所谓阻塞 I/O，是指应用程序执行 I/O 操作后，如果没有获得响应，就会阻塞当前线程，自然就不能执行其他任务
835+ - 所谓非阻塞 I/O，是指应用程序执行 I/O 操作后，不会阻塞当前的线程，可以继续执行其他的任务，随后再通过轮询或者事件通知的形式，获取调用的结果
836+ > 比方说，访问管道或者网络套接字时，设置 O_NONBLOCK 标志，就表示用非阻塞方式访问；而如果不做任何设置，默认的就是阻塞访问
837+ 4. 第四，根据是否等待响应结果，可以把文件 I/O 分为同步和异步 I/O：
838+ - 所谓同步 I/O，是指应用程序执行 I/O 操作后，要一直等到整个 I/O 完成后，才能获得I/O 响应。
839+ - 所谓异步 I/O，是指应用程序执行 I/O 操作后，不用等待完成和完成后的响应，而是继续执行就可以。等到这次 I/O 完成后，响应会用事件通知的方式，告诉应用程序
840+ > 举个例子，在操作文件时，如果你设置了 O_SYNC 或者 O_DSYNC 标志，就代表同步I/O。如果设置了 O_DSYNC，就要等文件数据写入磁盘后，才能返回；而 O_SYNC，则是在 O_DSYNC 基础上，要求文件元数据也要写入磁盘后，才能返回。
841+ > 再比如，在访问管道或者网络套接字时，设置了 O_ASYNC 选项后，相应的 I/O 就是异步I/O。这样，内核会再通过 SIGIO 或者 SIGPOLL，来通知进程文件是否可读写。
842+
843+ # ### 文件系统缓存
844+ # ### 文件系统种类
845+ # ## 性能指标
846+ # ### 容量
847+ ` ` `
848+ # -h 人类可读形式展示
849+ df -h /dev/sda1
850+ # -it 索引节点占用情况也展示出来
851+ df -i /dev/sfa1
852+ ` ` `
853+ 索引节点的容量，（也就是 Inode 个数）是在格式化磁盘时设定好的，一般由格式化工具自动生成。当你发现索引节点空间不足，但磁盘空间充足时，很可能就是过多小文件导致的。
854+ 所以，一般来说，删除这些小文件，或者把它们移动到索引节点充足的其他磁盘中，就可以解决这个问题。
855+ # ### IOPS
856+ # ### 缓存命中率
857+ # ## 性能剖析
858+ # ### df
859+ # ### strace
729860# ### vmstat
730- # ### cachestat
731- # ### cachetop
732- # ### memleak
861+ # ### sar
862+ # ### perf
733863# ### proc文件系统
864+ # ## 调优方法
865+ # ### 文件系统选型
866+ # ### 利用文件系统缓存
867+ # ### I/O隔离
868+
869+
870+ # # 磁盘I/O
871+
872+
873+
874+ # ## 磁盘IO原理
875+ # ### 磁盘管理
876+ # ### 磁盘类型
877+ # ### 磁盘接口
878+ # ### 磁盘I/O栈
879+ # ## 性能指标
880+ # ### 使用率
881+ # ### IOPS
882+ # ### 吞吐量
883+ # ### IOWAIT
884+ # ## 性能剖析
885+ # ### dstat
886+ # ### sar
887+ # ### iostat
888+ # ### pidstat
889+ # ### iotop
890+ # ### iolatency
891+ # ### blktrace
892+ # ### fio
893+ # ### perf
734894
735895# ## 调优方法
736- # ### 利用缓存与缓冲区
737- # ### 减少SWAP使用
738- # ### 减少动态内存分配
739- # ### 优化NUMA
740- # ### 限制进程资源
741- # ### 使用HugePage
896+ # ### 系统调用
897+ # ### I/O资源控制
898+ # ### 充分利用缓存
899+ # ### RAID
900+ # ### I/O隔离
901+
742902
743903# # 网络
744904# ## 网络原理
@@ -791,56 +951,6 @@ MiB Swap: 0.0/15968.0 [ ]
791951# #### 负载均衡
792952# #### DPDK
793953
794- # # 磁盘I/O
795- # ## 磁盘IO原理
796- # ### 磁盘管理
797- # ### 磁盘类型
798- # ### 磁盘接口
799- # ### 磁盘I/O栈
800- # ## 性能指标
801- # ### 使用率
802- # ### IOPS
803- # ### 吞吐量
804- # ### IOWAIT
805- # ## 性能剖析
806- # ### dstat
807- # ### sar
808- # ### iostat
809 - # ### pidstat
810- # ### iotop
811- # ### iolatency
812- # ### blktrace
813- # ### fio
814- # ### perf
815-
816- # ## 调优方法
817- # ### 系统调用
818- # ### I/O资源控制
819- # ### 充分利用缓存
820- # ### RAID
821- # ### I/O隔离
822-
823- # # 文件系统
824- # ## 文件系统原理
825- # ### 虚拟文件系统
826- # ### 文件系统I/O栈
827- # ### 文件系统缓存
828- # ### 文件系统种类
829- # ## 性能指标
830- # ### 容量
831- # ### IOPS
832- # ### 缓存命中率
833- # ## 性能剖析
834- # ### df
835- # ### strace
836- # ### vmstat
837- # ### sar
838- # ### perf
839- # ### proc文件系统
840- # ## 调优方法
841- # ### 文件系统选型
842- # ### 利用文件系统缓存
843- # ### I/O隔离
844954
845955# # linux内核
846956# ## 内核原理
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