該如何改善 Linux 系統(tǒng)性能？
發(fā)布時(shí)間：
2020-05-22
該如何改善 Linux 系統(tǒng)性能？
系統(tǒng)性能一直是一個(gè)受關(guān)注的話題，如何通過(guò)最簡(jiǎn)單的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)最有效的性能調(diào)優(yōu)，如何在有限資源的條件下保證程序的運(yùn)作，ulimit 是我們?cè)谔幚磉@些問(wèn)題時(shí)，經(jīng)常使用的一種簡(jiǎn)單手段。ulimit 是一種 linux 系統(tǒng)的內(nèi)鍵功能，它具有一套參數(shù)集，用于為由它生成的 shell 進(jìn)程及其子進(jìn)程的資源使用設(shè)置限制。本文將在后面的章節(jié)中詳細(xì)說(shuō)明 ulimit 的功能，使用以及它的影響，并以具體的例子來(lái)詳細(xì)地闡述它在限制資源使用方面的影響。
ulimit 的功能和用法
ulimit功能簡(jiǎn)述
假設(shè)有這樣一種情況，當(dāng)一臺(tái) Linux 主機(jī)上同時(shí)登陸了 10 個(gè)人，在系統(tǒng)資源無(wú)限制的情況下，這 10 個(gè)用戶同時(shí)打開了 500 個(gè)文檔，而假設(shè)每個(gè)文檔的大小有 10M，這時(shí)系統(tǒng)的內(nèi)存資源就會(huì)受到巨大的挑戰(zhàn)。而實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境要比這種假設(shè)復(fù)雜的多，例如在一個(gè)嵌入式開發(fā)環(huán)境中，各方面的資源都是非常緊缺的，對(duì)于開啟文件描述符的數(shù)量，分配堆棧的大小，CPU 時(shí)間，虛擬內(nèi)存大小，等等，都有非常嚴(yán)格的要求。資源的合理限制和分配。
不僅僅是保證系統(tǒng)可用性的必要條件，也與系統(tǒng)上軟件運(yùn)行的性能有著密不可分的聯(lián)系。這時(shí)，ulimit可以起到很大的作用，它是一種簡(jiǎn)單并且有效的實(shí)現(xiàn)資源限制的方式。ulimit用于限制shell啟動(dòng)進(jìn)程所占用的資源，支持以下各種類型的限制：所創(chuàng)建的內(nèi)核文件的大小、進(jìn)程數(shù)據(jù)塊的大小、Shell進(jìn)程創(chuàng)建文件的大小、內(nèi)存鎖住的大小、常駐內(nèi)存集的大小、打開文件描述符的數(shù)量、分配堆棧的較大大小、CPU 時(shí)間、單個(gè)用戶的較大線程數(shù)、Shell 進(jìn)程所能使用的較大虛擬內(nèi)存。同時(shí)，它支持硬資源和軟資源的限制。
作為臨時(shí)限制，ulimit 可以作用于通過(guò)使用其命令登錄的 shell 會(huì)話，在會(huì)話終止時(shí)便結(jié)束限制，并不影響于其他 shell 會(huì)話。而對(duì)于長(zhǎng)期的固定限制，ulimit 命令語(yǔ)句又可以被添加到由登錄 shell 讀取的文件中，作用于特定的 shell 用戶。
如何使用ulimit
ulimit通過(guò)一些參數(shù)選項(xiàng)來(lái)管理不同種類的系統(tǒng)資源。在本節(jié)，我們將講解這些參數(shù)的使用。
ulimit命令的格式為：
$ ulimit [options] [limit]
[options]
-H: 設(shè)置硬資源限制，一旦設(shè)置不能增加。如，ulimit -Hs 64；限制硬資源，線程棧大小為64K。
-S: 設(shè)置軟資源限制，設(shè)置后可以增加，但是不能超過(guò)硬資源設(shè)置。如，ulimit -Sn 32；限制軟資源，32個(gè)文件描述符。
-a: 顯示當(dāng)前所有的limit信息。如，ulimit -a；顯示當(dāng)前所有的limit信息。
-c: 較大的core文件的大小， 以blocks為單位。如，ulimit -c unlimited；對(duì)生成的core文件的大小不進(jìn)行限制。
-d: 進(jìn)程較大的數(shù)據(jù)段的大小，以Kbytes為單位。如，ulimit -d unlimited；對(duì)進(jìn)程的數(shù)據(jù)段大小不進(jìn)行限制。
-f: 進(jìn)程可以創(chuàng)建文件的較大值，以 blocks 為單位。如，ulimit -f 2048；限制進(jìn)程可以創(chuàng)建的較大文件大小為2048 blocks。
-l: 較大可加鎖內(nèi)存大小，以Kbytes為單位。如，ulimit -l 32；限制較大可加鎖內(nèi)存大小為32Kbytes。
-m: 較大內(nèi)存大小，以Kbytes為單位。如，ulimit -m unlimited；對(duì)較大內(nèi)存不進(jìn)行限制。
-n: 可以打開較大文件描述符的數(shù)量。如，ulimit -n 128；限制較大可以使用128個(gè)文件描述符。
-p: 管道緩沖區(qū)的大小，以Kbytes為單位。如，ulimit -p 512；限制管道緩沖區(qū)的大小為512Kbytes。
-s: 線程棧大小，以Kbytes為單位。如，如，ulimit -s 512；限制線程棧的大小為512Kbytes。
-t: 較大的CPU占用時(shí)間，以秒為單位。如，ulimit -t unlimited；對(duì)較大的CPU占用時(shí)間不進(jìn)行限制。
-u: 用戶較大可用的進(jìn)程數(shù)。如，ulimit -u 64；限制用戶最多可以使用64個(gè)進(jìn)程。
-v: 進(jìn)程較大可用的虛擬內(nèi)存，如，以Kbytes為單位。如，ulimit -v 200000；限制較大可用的虛擬內(nèi)存為200000Kbytes。
ulimit 使用實(shí)例
用戶進(jìn)程的有效范圍
ulimit 作為對(duì)資源使用限制的一種工作，是有其作用范圍的。那么，它限制的對(duì)象是單個(gè)用戶，單個(gè)進(jìn)程，還是整個(gè)系統(tǒng)呢？事實(shí)上，ulimit 限制的是當(dāng)前 shell 進(jìn)程以及其派生的子進(jìn)程。舉例來(lái)說(shuō)，如果用戶同時(shí)運(yùn)行了兩個(gè) shell 終端進(jìn)程，只在其中一個(gè)環(huán)境中執(zhí)行了 ulimit -s 100，則該 shell 進(jìn)程里創(chuàng)建文件的大小收到相應(yīng)的限制，而同時(shí)另一個(gè) shell 終端包括其上運(yùn)行的子程序都不會(huì)受其影響。
Shell 1
$ ll -h newfile
-rw-r--r--. 1 root root 223K 4月 23 09:16 newfile
$ ulimit -f 100
$ cat newfile > shell1
File size limit exceeded (core dumped)
$ ll -h shell1
-rw-r--r--. 1 root root 100K 4月 23 09:20 shell1
Shell 2
$ cat newfile > shell2
$ ll -d shell2
-rw-r--r--. 1 root root 227690 4月 23 09:23 shell2
$ ll -h shell2
-rw-r--r--. 1 root root 223K 4月 23 09:23 shell2
那么，是否有針對(duì)某個(gè)具體用戶的資源加以限制的方法呢？答案是有的，臨時(shí)生效（不限制打開文件大小限制）：
$ ulimit -f unlimited
或通過(guò)修改系統(tǒng)的/etc/security/limits.conf配置文件。該文件不僅能限制指定用戶的資源使用，還能限制指定組的資源使用。該文件的每一行都是對(duì)限定的一個(gè)描述，格式如下：
<domain> <type> <item> <value>
domain 表示用戶或者組的名字，還可以使用 * 作為通配符。Type 可以有兩個(gè)值，soft 和 hard。Item 則表示需要限定的資源，可以有很多候選值，如 stack，cpu，nofile 等等，分別表示較大的堆棧大小，占用的 cpu 時(shí)間，以及打開的文件數(shù)。通過(guò)添加對(duì)應(yīng)的一行描述，則可以產(chǎn)生相應(yīng)的限制。例如：
* hard noflle 100
該行配置語(yǔ)句限定了任意用戶所能創(chuàng)建的較大文件數(shù)是 100?，F(xiàn)在已經(jīng)可以對(duì)進(jìn)程和用戶分別做資源限制了，看似已經(jīng)足夠了，其實(shí)不然。很多應(yīng)用需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的資源使用做一個(gè)總的限制，這時(shí)候我們需要修改/proc下的配置文件。/proc目錄下包含了很多系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的參數(shù)，例如/proc/sys/kernel/pid_max，/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range等等，從文件的名字大致可以猜出所限制的資源種類。由于該目錄下涉及的文件眾多，在此不一一介紹。有興趣的讀者可打開其中的相關(guān)文件查閱說(shuō)明。
使用ulimit限制shell的內(nèi)存使用
在這一小節(jié)里向讀者展示如何使用-d，-m 和-v 選項(xiàng)來(lái)對(duì)shell所使用的內(nèi)存進(jìn)行限制。首先我們來(lái)看一下不設(shè)置ulimit限制時(shí)調(diào)用ls命令的情況：
$ ll shell1 -l
-rw-r--r--. 1 root root 227690 4月 23 09:16 shell1
大家可以看到此時(shí)的 ls 命令運(yùn)行正常。下面設(shè)置 ulimit：
$ ulimit -d 1000 -m 1000 -v 1000
這里再溫習(xí)一下前面章節(jié)里介紹過(guò)的這三個(gè)選項(xiàng)的含義：
-d：設(shè)置數(shù)據(jù)段的較大值。單位：KB。
-m：設(shè)置可以使用的常駐內(nèi)存的較大值。單位：KB。
-v：設(shè)置虛擬內(nèi)存的較大值。單位：KB。
通過(guò)上面的 ulimit 設(shè)置我們已經(jīng)把當(dāng)前 shell 所能使用的較大內(nèi)存限制在 1000KB 以下。接下來(lái)我們看看這時(shí)運(yùn)行 ls 命令會(huì)得到什么樣的結(jié)果：
$ ll shell1 -l
Segmentation fault (core dumped)
使用ulimit限制程序所能創(chuàng)建的socket數(shù)量
考慮一個(gè)現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際需求。對(duì)于一個(gè) C/S 模型中的 server 程序來(lái)說(shuō)，它會(huì)為多個(gè) client 程序請(qǐng)求創(chuàng)建多個(gè) socket 端口給與響應(yīng)。如果恰好有大量的 client 同時(shí)向 server 發(fā)出請(qǐng)求，那么此時(shí) server 就會(huì)需要?jiǎng)?chuàng)建大量的 socket連接。但是在 Linux 下一切資源皆文件，普通文件是文件，磁盤打印機(jī)是文件，socket 當(dāng)然也是文件。在 Linux 下創(chuàng)建一個(gè)新的socket 連接，實(shí)際上就是創(chuàng)建一個(gè)新的文件描述符。而Linux對(duì)單進(jìn)程能打開的文件描述符是有限制的，默認(rèn)單進(jìn)程能打開的較大文件數(shù)量為1024,。ulimit 并沒(méi)有哪個(gè)選項(xiàng)直接說(shuō)是用來(lái)限制socket的數(shù)量的。但是，我們有-n這個(gè)選項(xiàng)，它是用于限制一個(gè)進(jìn)程所能打開的文件描述符的較大值。如下所示（查看某個(gè)進(jìn)程當(dāng)前打開的文件描述符信息）：
$ ll /proc/36766/fd
總用量 0
lr-x------. 1 root root 64 4月 23 09:31 0 -> /dev/null
l-wx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 1 -> /mydata/localhost.localdomain.err
lrwx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 10 -> /mydata/ib_logfile1
lrwx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 11 -> socket:[115703]
lrwx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 12 -> /tmp/ibLxLFBt (deleted)
l-wx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 13 -> /mydata/mysql-bin.000001
lrwx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 14 -> socket:[115704]
lrwx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 15 -> /mydata/mysql/host.MYI
.......................
因此，我們可以通過(guò)使用ulimit -n來(lái)限制但進(jìn)程所能打開的較大文件描述符數(shù)量，默認(rèn)單進(jìn)程打開的文件描述符為1024，就是代表單個(gè)進(jìn)程只能同時(shí)最多只能維持1024甚至更少（因?yàn)橛衅渌募木浔淮蜷_）。如果開啟4個(gè)進(jìn)程維持用戶鏈接，那么整個(gè)應(yīng)用能夠同時(shí)維持的連接數(shù)不會(huì)超過(guò)4*1024個(gè)，也就是說(shuō)最多只能支持4×1024個(gè)用戶在線。可以增大這個(gè)設(shè)置以便服務(wù)能夠維持更多的TCP連接，從而達(dá)到限制socket創(chuàng)建的數(shù)量。
如果單個(gè)進(jìn)程打開的文件句柄數(shù)量超過(guò)了系統(tǒng)定義的值，就會(huì)提到“too many files open”的錯(cuò)誤提示。如何知道當(dāng)前進(jìn)程打開了多少個(gè)文件句柄呢？通過(guò)lsof命令可以幫你查看：
$ lsof -n |awk '{print $2}'|sort|uniq -c |sort -nr| head -n 2
126 7015
93 1831
上面說(shuō)明了，7015進(jìn)程打開了126個(gè)文件描述符，你可以通過(guò)ps命令看看7015這個(gè)進(jìn)程是什么服務(wù)（這里都是以我的舉例說(shuō)明的，你在實(shí)驗(yàn)時(shí)要根據(jù)自己的進(jìn)程進(jìn)行查看，相信你有這個(gè)意識(shí)）。
修改單進(jìn)程所能打開的較大文件數(shù)
1）ulimit -n 102400
這只是在當(dāng)前終端有效，退出之后，open files又變?yōu)槟J(rèn)值。
2）將ulimit -n 102400寫到/etc/profile中，這樣每次登錄終端時(shí)，都會(huì)自動(dòng)執(zhí)行/etc/profile。
3）令修改open files的數(shù)值永久生效，則必須修改配置文件：/etc/security/limits.conf在這個(gè)文件后加上：
* soft nofile 1024000
* hard nofile 1024000
root soft nofile 1024000
root hard nofile 1024000
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