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Linux 性能分析

在日常使用 Linux 开发或者运维服务器的过程中，你可能会遇到程序运行缓慢、CPU 飙升、内存泄漏、磁盘读写瓶颈等性能问题。为了定位和解决这些问题，你需要学会一项非常关键的技能 —— 性能分析。

这篇教程会带你了解：

  • 性能分析的基本概念；
  • CPU、内存、I/O 和网络的常见性能指标；
  • 常用性能分析工具（如 top、vmstat、iostat、perf、strace 等）；
  • 性能瓶颈的初步排查方法。

什么是性能分析？​

性能分析（Performance Analysis），就是对系统或程序的运行状况进行监控、统计和分析，以找出影响性能的瓶颈点。

在 Linux 中，性能问题主要涉及以下几个方面：

  1. CPU 占用率：程序是不是计算密集型？是否存在死循环？
  2. 内存使用情况：是否内存泄漏？是否频繁触发换页？
  3. 磁盘 I/O：是否因为读写磁盘太慢导致性能下降？
  4. 网络延迟或带宽瓶颈：网络请求是否阻塞？
  5. 系统调用频率与效率：程序是否频繁调用高开销的系统调用？

你需要根据问题的症状，结合工具来定位。

CPU 相关分析​

top 和 htop​

  • top 是最常用的实时系统监控工具，默认显示 CPU、内存、负载等信息。
  • 你可以观察 %CPU 高的进程，找出是否是单个进程过度占用。
top

mpstat（来自 sysstat 包）​

它可以显示所有 CPU 核心的使用率，适用于多核服务器。

mpstat -P ALL 1

perf（强大的分析工具）​

它可以分析程序在 CPU 上运行的性能热点（如函数耗时）。

perf record ./your_program
perf report

你会看到哪些函数占用 CPU 最多，适合优化。

内存相关分析​

free​

可以查看当前系统的内存使用情况（总内存、已用、剩余、缓存等）：

free -m

vmstat​

显示内存、CPU、I/O、进程切换等综合信息：

vmstat 1

其中 si/so 表示交换分区使用，bi/bo 表示磁盘读写，适合发现内存压力和系统负载问题。

valgrind（内存泄漏检测）​

可用于分析 C/C++ 程序的内存问题：

valgrind --leak-check=full ./your_program

磁盘 I/O 分析​

iostat（来自 sysstat 包）​

用于分析磁盘 I/O 活动，判断是否存在磁盘瓶颈：

iostat -dx 1

重点关注 %util（设备利用率）和 await（平均等待时间）。

iotop​

实时显示哪个进程在读写磁盘：

sudo iotop

如果一个进程持续大量读写，会影响整体系统性能。

网络相关分析​

ss 或 netstat​

查看网络连接状态：

ss -tnlp

iftop​

类似 top，但是用于网络流量：

sudo iftop

可以发现哪些 IP 或端口占用了大量带宽。

tcpdump​

抓包工具，可用于分析通信协议和异常网络行为：

sudo tcpdump -i eth0 port 80

系统调用分析​

strace​

跟踪程序运行过程中执行的系统调用：

strace ./your_program

你可以看到程序打开了哪些文件、调用了哪些函数，是否有 I/O 阻塞、资源不存在等问题。

其他高级工具​

  • sar：收集系统资源使用情况，可用于历史数据分析；
  • systemtap：内核级别的性能分析工具；
  • bpftrace/bcc：基于 eBPF 的性能分析新技术，功能强大但较为复杂。

小结​

通过本文，你了解了 Linux 性能分析的基础概念和常见工具：

  • 分析性能时应从 CPU、内存、磁盘 I/O、网络四个方面入手；
  • 使用工具如 top、vmstat、perf、iostat、strace 等进行排查；
  • 根据不同问题症状选择合适的工具分析；
  • 找出瓶颈后进一步优化代码或系统配置。

性能分析是开发和运维中必不可少的技能，建议你平时就养成监控系统状态的习惯，提升故障排查效率。