01 | 如何学习Linux性能优化？
1、Linux 性能工具图谱
2、思维导图
02 | 基础篇：到底应该怎么理解“平均负载”？
1、查看平均负载
top 或者 uptime 命令
$ uptime 02:34:03 up 2 days, 20:14, 1 user, load average: 0.63, 0.83, 0.88
依次则是过去 1 分钟、5 分钟、15 分钟的平均负载
2、平均负载
平均负载是指单位时间内，系统处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数。例如，当平均负载为 2 时，在有 2 个 CPU 的系统上，意味着所有的 CPU 都刚好被完全占用
其中，可运行状态是指正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的进程，也就是ps 命令处于 R 状态（Running 或 Runnable）的进程；不可中断状态是指正处于内核态不可打断流程中的进程，，也就是ps 命令中的 D 状态的进程
当平均负载高于 CPU 数量 70% 的时候就应该分析排查负载高的问题了
3、平均负载和CPU利用率
平均负载不仅包括了正在使用 CPU 的进程，还包括等待 CPU 和等待 I/O 的进程
CPU 使用率，是单位时间内 CPU 繁忙情况的统计，跟平均负载并不一定完全对应
case：
1）CPU 密集型进程，使用大量 CPU 会导致平均负载升高，此时这两者是一致的；
2）I/O 密集型进程，等待 I/O 会导致平均负载升高，但 CPU 使用率不一定很高；
3）大量进程堆积，等待 CPU调度会导致平均负载升高，此时的 CPU 使用率也会比较高
4、实践：stress 和 sysstat
1）stress 是一个 Linux 系统压力测试工具，用作异常进程模拟平均负载升高的场景。
sysstat 包含了常用的 Linux 性能工具，用来监控和分析系统的性能。这个包的两个命令 mpstat 和 pidstat：
mpstat 是一个常用的多核 CPU 性能分析工具，用来实时查看每个 CPU 的性能指标，以及所有 CPU 的平均指标
pidstat 是一个常用的进程性能分析工具，用来实时查看进程的 CPU、内存、I/O 以及上下文切换等性能指标
2）case排查
CPU密集型进程case：
mpstat，观察是否有某个cpu的%usr会很高，%iowait很低
pidstat，观察哪个进程%cpu很高，%wait很低，极有可能就是这个进程导致cpu飚高
IO密集型进程case：
mpstat，观察是否有某个cpu的%iowait很高，同时%usr也较高
pidstat，观察哪个进程%wait较高，同时%CPU也较高，极有可能就是这个进程导致cpu飚高
大量进程case：
pidstat，观察%wait较高的进程是否有很多
03 | 基础篇：经常说的 CPU 上下文切换是什么意思？（上）
1、CPU上下文
CPU 上下文：包括CPU 寄存器和程序计数器
**CPU 上下文切换：**先把前一个任务的 CPU 上下文（也就是 CPU 寄存器和程序计数器）保存起来，然后加载新任务的CPU上下文，运行新任务
根据任务的不同，CPU 的上下文切换就可以分为几个不同的场景：进程上下文切换、线程上下文切换以及（硬件）中断上下文切换
**为什么大量进程切换导致CPU负载增高？**过多的上下文切换，会把 CPU 时间消耗在寄存器、内核栈以及虚拟内存等数据的保存和恢复上，缩短进程真正运行的时间，成了系统性能大幅下降的一个元凶
2、进程上下文
系统调用：一次系统调用的过程发生了两次 CPU 上下文切换（系统调用过程中一直是同一个进程在运行）
进程上下文：虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源和**内核堆栈、CPU寄存器、程序计数器（CPU上下文）**等内核空间的资源
进程上下文切换：从一个进程切换到另一个进程运行；保存当前进程的上下文，加载下一进程的上下文（比CPU上下文切换多用户空间资源的切换）
进程切换的触发条件：CPU轮转、进程所需系统资源不足（比如内存不足）、睡眠函数 sleep 主动挂起、硬件中断、进程优先级抢占等
3、线程上下文
当进程拥有多个线程时，这些线程会共享相同的虚拟内存和全局变量等资源；另外，线程也有自己的私有数据，比如栈和寄存器等
切换的属于同一个进程两个线程：虚拟内存、全局变量不切换，只需要**切换线程的私有数据栈、和内核堆栈、CPU寄存器、程序计数器（CPU上下文）**等不共享的数据
所以，线程切换损耗比进程小很多
4、中断上下文
中断上下文切换：不涉及到进程的用户态，不需要保存和恢复进程的虚拟内存、全局变量等用户态资源。只包括内核态中断服务程序执行所必需的状态，包括 CPU 寄存器、内核堆栈、硬件中断参数等。
04 | 基础篇：经常说的 CPU 上下文切换是什么意思？（下）
1、系统上下文切换查看
vmstat 工具
cs（context switch）是每秒上下文切换的次数
in（interrupt）则是每秒中断的次数
r（Running or Runnable）是就绪队列的长度，也就是正在运行和等待 CPU 的进程数
b（Blocked）则是处于不可中断睡眠状态的进程数
2、进程上下文切换查看
要想查看每个进程的详细情况，就需要使用 pidstat加上 -w 选项，有两列内容是我们的重点关注对象
一个是 cswch ，表示每秒自愿上下文切换的次数。是指进程无法获取所需资源，导致的上下文切换。比如说， I/O、内存等系统资源不足；
另一个则是 nvcswch ，表示每秒非自愿上下文切换的次数。是指进程由于时间片已到等原因，被系统强制调度，进而发生的上下文切换。比如说，大量进程都在争抢 CPU
自愿上下文切换变多了，说明进程都在等待资源，有可能发生了 I/O 等其他问题；
非自愿上下文切换变多了，说明进程都在被强制调度，也就是都在争抢 CPU，说明 CPU 的确成了瓶颈；
中断次数变多了，说明 CPU 被中断处理程序占用，还需要通过查看 /proc/interrupts 文件来分析具体的中断类型
3、排查过程总结
首先通过uptime查看系统负载
然后使用mpstat结合pidstat来初步判断到底是cpu计算量大还是进程争抢过大或者是io过多
接着使用vmstat分析切换次数，以及切换类型，来进一步判断到底是io过多导致还是进程争抢激烈导致
05 | 基础篇：某个应用的CPU使用率居然达到100%，我该怎么办？
1、CPU 使用率
/proc/stat 提供的就是系统的 CPU 和任务统计信息
CPU 使用率相关的重要指标：
user（通常缩写为 us），代表用户态 CPU 时间
nice（通常缩写为 ni），代表低优先级用户态 CPU 时间，也就是进程的 nice 值被调整为 1-19 之间时的 CPU 时间。这里注意，nice 可取值范围是 -20 到 19，数值越大，优先级反而越低
system（通常缩写为 sys），代表内核态 CPU 时间
idle（通常缩写为 id），代表空闲时间。注意，它不包括等待 I/O 的时间
iowait（通常缩写为 wa），代表等待 I/O 的 CPU 时间。
CPU 使用率，就是除了空闲时间外的其他时间占总 CPU 时间的百分比
2、查看
top 显示了系统总体的 CPU 和内存使用情况，以及各个进程的资源使用情况。ps 则只显示了每个进程的资源使用情况
top 并没有细分进程的用户态 CPU 和内核态 CPU。那要怎么查看每个进程的详细情况呢？ pidstat
3、perf
perf 是 Linux 2.6.31 以后内置的性能分析工具。它以性能事件采样为基础，不仅可以分析系统的各种事件和内核性能，还可以用来分析指定应用程序的性能问题。
