AIX系統(tǒng)性能分析及優(yōu)化的研究

張明棟

摘要：隨著企業(yè)信息化不斷深入發(fā)展，小型機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛， 因此如何充分發(fā)揮小型機(jī)的性能，減少硬件投入成本，保障企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行成為重要研究課題。本文主要以IBM小型機(jī)的AIX操作系統(tǒng)為運(yùn)行平臺(tái)，從CPU、內(nèi)存及磁盤(pán)I/O三個(gè)方面，對(duì)AIX操作系統(tǒng)的性能分析及優(yōu)化方法進(jìn)行了具體的研究。

關(guān)鍵詞：AIX；性能分析；性能優(yōu)化

引言

AIX系統(tǒng)是IBM公司基于AT&T Unix System V開(kāi)發(fā)的一套類UNIX操作系統(tǒng)，運(yùn)行在IBM公司專有的Power系列芯片的小型機(jī)上。目前，IBM小型機(jī)廣泛應(yīng)用于政府、企業(yè)、銀行以及證券等領(lǐng)域當(dāng)中，尤其很多關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用IBM小型機(jī)作為服務(wù)器，因此如何針對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求將小型機(jī)的系統(tǒng)資源盡可能均衡地充分利用，增強(qiáng)系統(tǒng)的吞吐能力，減少響應(yīng)時(shí)間成為我們必須進(jìn)行研究的課題。

本文主要以IBM小型機(jī)的AIX操作系統(tǒng)為運(yùn)行平臺(tái)，從CPU、內(nèi)存及磁盤(pán)I/O三個(gè)方面，對(duì)AIX操作系統(tǒng)的性能分析及優(yōu)化方法進(jìn)行了具體的研究。

1 CPU

1.1 CPU性能分析

AIX 系統(tǒng)運(yùn)行的硬件平臺(tái)為Power CPU。Power CPU是IBM公司設(shè)計(jì)的一款基于 RISC 架構(gòu)的處理器，主要用于服務(wù)器市場(chǎng)的小型機(jī)平臺(tái)。CPU是系統(tǒng)運(yùn)行的中樞大腦，重要性不言而喻。

AIX操作系統(tǒng)中用于CPU性能分析的工具及命令非常多，各自具有不同的特點(diǎn)。我們主要采用vmstat命令進(jìn)行CPU運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)及分析，通過(guò)分析合理調(diào)度CPU資源，從而充分發(fā)揮CPU性能，解決CPU性能瓶頸。vmstat命令運(yùn)行輸出結(jié)果，如圖1所示。

圖1 vmstat命令輸出結(jié)果

vmstat命令除了顯示CPU負(fù)載情況外，還統(tǒng)計(jì)了虛擬內(nèi)存、內(nèi)核線程、物理內(nèi)存及陷阱（錯(cuò)誤）的活動(dòng)情況。CPU是否成為整個(gè)系統(tǒng)性能瓶頸，主要由r、us、sy、id、wa五列數(shù)據(jù)決定。r列，表示可運(yùn)行的內(nèi)核線程平均數(shù)，包括正在運(yùn)行的線程和正在等待 CPU 的線程，如果這個(gè)數(shù)字大于 CPU 的數(shù)目，至少有一個(gè)線程要等待 CPU，等待 CPU 的線程越多，越有可能對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響，如果這個(gè)數(shù)值達(dá)到CPU數(shù)量的2至5倍，說(shuō)明CPU的處理能力可能已經(jīng)成為影響整個(gè)系統(tǒng)性能的瓶頸。us列，顯示系統(tǒng)中用戶操作所消耗CPU時(shí)間百分比。sy列，表示系統(tǒng)中系統(tǒng)調(diào)用所消耗CPU時(shí)間百分比。id列，表示系統(tǒng)中CPU空閑時(shí)間所占的百分比。wa列，表示系統(tǒng)等待磁盤(pán)I/O所占時(shí)間百分比。在不需要共享CPU的單用戶系統(tǒng)情況下，us+sy時(shí)間低于 90%，則不認(rèn)為單用戶系統(tǒng)是 CPU 受限制的。但是，如果在一個(gè)多用戶系統(tǒng)中 us + sy 時(shí)間超過(guò) 80%，則進(jìn)程可能要花時(shí)間在運(yùn)行隊(duì)列中等待，響應(yīng)時(shí)間和吞吐量會(huì)受損害。

1.2 CPU性能優(yōu)化方法

當(dāng)上述監(jiān)測(cè)和分析結(jié)果得出CPU性能不足，就應(yīng)該使用相應(yīng)的優(yōu)化方法對(duì)CPU性能進(jìn)行優(yōu)化。通常對(duì)于CPU性能優(yōu)化有四種方法：

（1） 平衡系統(tǒng)負(fù)載。將一些消耗CPU資源的進(jìn)程分散在不同的期間運(yùn)行，充分利用每天的24小時(shí)。

（2） 調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)別。系統(tǒng)中運(yùn)行的每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)優(yōu)先級(jí)，我們可以用ps命令查看進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)別，優(yōu)先級(jí)別值越小，優(yōu)先級(jí)越高，能占用更多的CPU時(shí)間片。用nice和renice命令可以調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)別，使關(guān)鍵應(yīng)用進(jìn)程享有較高優(yōu)先級(jí)，從而提高系統(tǒng)性能。

（3） 調(diào)整CPU時(shí)間片的大小。如果系統(tǒng)中運(yùn)行的大多是需要占用較多CPU運(yùn)行時(shí)間且中途不會(huì)因I/O掛起的程序，可以通過(guò)schedo命令增大時(shí)間片的大小，從而減少時(shí)間片的切換，提高系統(tǒng)性能。

（4） 增加資源。添加更多的CPU或在虛擬環(huán)境中重新配置邏輯分區(qū)。在虛擬環(huán)境，通過(guò)設(shè)置無(wú)上限分區(qū)或動(dòng)態(tài)合理調(diào)整邏輯分區(qū)之間虛擬處理器數(shù)量，提高物理資源的使用率。

2內(nèi)存

2.1 內(nèi)存性能分析

AIX系統(tǒng)的內(nèi)存由實(shí)際物理內(nèi)存和硬盤(pán)上的交換空間組成，稱為虛擬內(nèi)存。虛擬內(nèi)存空間被劃分為一個(gè)個(gè)固定大小為4KB的頁(yè)面，這些頁(yè)面存在于實(shí)際物理內(nèi)存或交換空間上。

當(dāng)操作系統(tǒng)內(nèi)存資源不足時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行速度會(huì)顯著地變慢。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)存性能分析的主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置的有限內(nèi)存使用狀況以及是否存在內(nèi)存使用不當(dāng)而影響系統(tǒng)整體性能的情況。

使用svmon命令可以對(duì)內(nèi)存使用狀況進(jìn)行深層次的分析，從而得到當(dāng)前內(nèi)存使用狀態(tài)的快照信息。svmon命令運(yùn)行結(jié)果，如圖2所示。

圖2 svmon運(yùn)行結(jié)果

其中第一行的size列報(bào)告了內(nèi)存的大小，單位是大小為4k的頁(yè)面；inuse列報(bào)告了進(jìn)程所使用的內(nèi)存中的頁(yè)面數(shù)，加上屬于一個(gè)已終止的進(jìn)程但仍位于內(nèi)存中的持久頁(yè)面的數(shù)目；free列報(bào)告了空閑列表中頁(yè)面的數(shù)目；pin列報(bào)告了內(nèi)存中固定的頁(yè)面數(shù)，固定的頁(yè)面不能被調(diào)出。第二行的pg space報(bào)告了交換空間的實(shí)際使用情況，單位是大小為 4k 的頁(yè)面。通過(guò)這些參數(shù)我們可以計(jì)算出系統(tǒng)內(nèi)存、交換空間的使用率，當(dāng)使用率較高時(shí)，我們就需要進(jìn)行一些優(yōu)化。

2.2 內(nèi)存性能優(yōu)化方法

內(nèi)存資源常見(jiàn)的問(wèn)題為資源不足。資源不足有兩種，一是操作系統(tǒng)整體內(nèi)存資源不足，二是內(nèi)存資源的配置不合理。整體內(nèi)存資源不足可以通過(guò)增加物理內(nèi)存解決。內(nèi)存資源的配置不合理通常采用以下三種方法解決：

（1） 調(diào)整內(nèi)存頁(yè)面大小。內(nèi)存頁(yè)面大小默認(rèn)是4KB，但對(duì)于消耗大量?jī)?nèi)存的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，分散存儲(chǔ)在太多頁(yè)面上可能造成影響。通過(guò)使用vmo命令調(diào)整相關(guān)參數(shù)，就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化以提供大型的頁(yè)面，從而極大地提高系統(tǒng)性能。

（2） 調(diào)整調(diào)度策略。虛擬內(nèi)存的所有頁(yè)面被分為程序頁(yè)面和文件頁(yè)面兩種類型。前者是讀入可執(zhí)行程序的部分，后者為讀入文件數(shù)據(jù)的部分。通過(guò)調(diào)整minperm和maxperm兩個(gè)參數(shù)，可以平衡程序頁(yè)面和文件頁(yè)面的交換，減少程序頁(yè)面的調(diào)出，提高系統(tǒng)性能。

（3） 合理設(shè)置交換空間。如果交換空間的使用率高于60%，則應(yīng)該增加交換空間的大小和數(shù)量，可以避免調(diào)頁(yè)空間不足導(dǎo)致進(jìn)程掛起，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。設(shè)置交換空間應(yīng)遵循以下原則：大小相同、分布在不同的磁盤(pán)的中央位置。

3磁盤(pán)I/O

3.1 磁盤(pán)I/O性能分析

摩爾定律說(shuō)，每過(guò)十八個(gè)月集成電路的晶體管數(shù)量會(huì)增加一倍，存儲(chǔ)的密度每過(guò)十二個(gè)月就會(huì)增加一倍，每過(guò)十二個(gè)月至十八個(gè)月，用戶就開(kāi)始擔(dān)心自己的存儲(chǔ)的容量空間是否還足夠了。不過(guò)，磁盤(pán)頭旋轉(zhuǎn)讀取的速度可沒(méi)變化這么快，傳輸速率還在兆字節(jié)的級(jí)別速度上。所以很多時(shí)候，應(yīng)用系統(tǒng)的瓶頸，出現(xiàn)在 I/O 層面。如何分析 I/O 的性能問(wèn)題，顯得很重要。使用iostat命令，可以得到較詳細(xì)的I/O性能數(shù)據(jù)，該命令運(yùn)行結(jié)果，如圖3所示。

圖3 iostat命令運(yùn)行結(jié)果

%tm_act指示磁盤(pán)活動(dòng)所占總時(shí)間的百分比，通常當(dāng)利用率超過(guò)70%時(shí)，進(jìn)程將等待的時(shí)間會(huì)比完成 I/O所必需的時(shí)間要長(zhǎng)，我們需要把數(shù)據(jù)從繁忙的磁盤(pán)中移到空閑磁盤(pán)里，從而可以幫助減輕磁盤(pán)的瓶頸。

Kbps指示了每秒鐘多少 KB的數(shù)據(jù)被傳送（讀或?qū)懀@是在系統(tǒng)報(bào)告時(shí)間間隔內(nèi) Kb_read 加上 Kb_wrtn 的總和并除以的這段時(shí)間間隔的總數(shù)的結(jié)果。

tps指示了每秒鐘磁盤(pán)傳送的次數(shù)，一次傳送是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序級(jí)別到磁盤(pán)的一次 I/O處理請(qǐng)求，多重邏輯請(qǐng)求可以組合成單一的磁盤(pán) I/O 請(qǐng)求，傳送的大小是不確定的。

Kb_read報(bào)告了在測(cè)量間隔中總的從物理卷中讀取的數(shù)據(jù)量（以KB為單位）。

Kb_wrtn顯示了在測(cè)量間隔中總的寫(xiě)入物理卷中的數(shù)據(jù)量（以KB為單位）。

%tin_act，當(dāng)它的使用率超過(guò)大概百分之六十到七十時(shí)，這通常表示進(jìn)程開(kāi)始等待I/O，這可能是即將發(fā)生的I/O問(wèn)題的第一個(gè)征兆。

3.2 磁盤(pán)I/O性能優(yōu)化方法

（1） 邏輯卷優(yōu)化。把經(jīng)常被訪問(wèn)的熱點(diǎn)文件所在的邏輯卷移至負(fù)載相對(duì)較輕的物理卷上或通過(guò)RAID機(jī)制將文件所在邏輯卷?xiàng)l塊化到多個(gè)物理磁盤(pán)，以用來(lái)平衡I/O負(fù)載。

（2） 文件系統(tǒng)優(yōu)化。對(duì)于JFS格式的預(yù)讀頁(yè)可以通過(guò)修改minpgahead和maxpgahead參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，順序預(yù)讀功能可以改進(jìn)需要順序訪問(wèn)超大文件時(shí)系統(tǒng)的性能。

（3） 磁盤(pán)I/O訪問(wèn)模式優(yōu)化。若應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行同步I/O操作，則必須等待I/O完成之后才能繼續(xù)執(zhí)行。相反，異步I/O操作在后臺(tái)運(yùn)行，不會(huì)阻塞用戶的進(jìn)程，這樣可以有效的提高了I/O吞吐量。

4結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)不同的分析方法，對(duì)與AIX系統(tǒng)性能相關(guān)的三個(gè)主要方面分別進(jìn)行了深入探討。系統(tǒng)優(yōu)化是一項(xiàng)復(fù)雜、繁瑣、長(zhǎng)期的工作，隨著企業(yè)信息化的不斷推進(jìn)，應(yīng)用系統(tǒng)的性能優(yōu)化也顯得越來(lái)越重要，本文所進(jìn)行的研究和提出的優(yōu)化方案可以為其他企業(yè)信息化建設(shè)提供參考。

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