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安全知识 :: 黑客教程

优化linux磁盘性能


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使用hdparm改善Linux系统性能



假如你的Linux系统运行于IDE硬盘,可以使用hdparm工具来提高磁盘I/O的性能。不过使用hdparm要小心,因为可能破坏硬盘上的数据。所以在使用hdparm之前,仔细阅读你的硬盘手册。根据你具体的硬盘规格来使用相应的hdparm开关参数。对一块UltraATA/66 EIDE 硬盘,其控制芯片支持多 PIO 模式和DMA,我们使用以下命令来调谐磁盘性能:

# /sbin/hdparm -x66 -d1 -u1 -m16 -c3 /dev/hda



选项说明:



① c3 :就是把硬盘的16位格式转换为32位模式(32-bit mode w/sync)。控制数据如何从pci总线传递到控制器。

② m16 :改变硬盘的多路扇区的读功能,-m16可以使得硬盘在一次i/o中断中读入16个扇区的数据(据具体硬盘而定)。

③ d1:打开DMA模式。

④ x66 :在支持UDMA-capable的硬盘中,这个参数可以支持双DMA通道的数据传输模式。

⑤ u1 :Linux在处理磁盘中断时,可以unmask其他的中断或者响应其他中断相关的任务。



查看以上的更改情况可以使用命令: # /sbin/hdparm /dev/hda



测试磁盘I/O性能可以使用命令: # /sbin/hdparm -tT /dev/hda



假如磁盘的性能有改进的话,可以使用以下命令来保存设置: # /sbin/hdparm -k1 /dev/hda



2.3 Linux下使用软RAID

RAID(磁盘冗余阵列)是通过将数据分布在多个磁盘上来增强磁盘性能和可靠性的技术。假如你的系统没有硬件RAID控制器的话,在Linux下可以通过软件来实现RAID。RAID的有很多的级别,不同的级别对硬件有不同的要求,相应也会得到不同的性能和可靠性。RAID0为数据分割,数据块被交替写到磁盘,可以得到最好的读写性能,但是不提供数据冗余。RAID1为磁盘镜像,写到磁盘1中的一切也写到磁盘2中,从任何一个磁盘都可以读取。 RAID3除了数据分割之外,还指定一个磁盘驱动器来存储奇偶信息。



在LINUX下通过软件来实现RAID,需要LINUX的内核支持,可以通过编译新内核来添加对RAID的支持。然后还需编译并安装 raidtools 软件包。raidtools 是可以初始化、启动、停止及控制 RAID 阵列的用户级工具。下面是我们用两块IDE硬盘在LINUX内核2.4上实现RAID0的方法。



设置分区使用RAID0至少需要两个分区,它们位于不同的磁盘。最好做RAID0的两个分区有相同的大小。创建分区时,将分区类型指定为 "FD"。以使 Linux 内核能将它们识别为 RAID 分区,这样,这些分区就可在每次引导时自动被检测并启动。假如您没有以这种方式标记 RAID 分区,则在每次引导之后,必须首先输入 "raidstart all" 才能挂载 RAID 阵列。我们做成RAID0的两个分区为hda5和hdc5。



编辑/etc/raidtab文件创建/etc/raidtab文件以描述RAID阵列的配置信息。Linux 内核使用这些信息在引导时自动检测并启动 RAID 阵列,因此必须对创建的每个 RAID 阵列进行这种配置。将分区hda5和hdc5组成md0 RAID0阵列的配置文件如下:

raiddev /dev/md0

raid-level 0

nr-raid-disks 2

persistent-superblock 1

chunk-size 32

device /dev/hda5

raid-disk 0

device /dev/hdc5

raid-disk 1







raidtab文件

在raidtab文件中, "raiddev" 条目指明要创建的 RAID 阵列;"nr-raid-disks" 指定阵列中的磁盘数目;"persistent-superblock" 设置为 1,告诉 raid 工具何时创建该卷;"chunk-size" 以K字节指定 RAID0 使用的块大小;最后,要指定的是组成该阵列的设备即分区。



mkraid 和创建文件系统 使用命令"# mkraid /dev/md0" 命令初始化/dev/md0分区,同时将启动md0 RAID0阵列。接下来,即可在md0上创建你想要得文件系统。我们在Linux服务器上使用的是Reiserfs日志文件系统,创建的命令为"# mkreiserfs /dev/md0"。



这样,就可以像其它文件系统那样来加载新创建的基于RAID0的文件系统了。



2.4 使用elvtune调谐磁盘I/O

在Linux内核 2.4以后的版本中,可以通过磁盘I/O的调度操作,来控制磁盘I/O的响应时间和吞吐量。通过调整I/O请求在队列中的最大等待时间,可以在响应时间和吞吐量之间调谐。假如要求较少的响应时间,那么吞吐量将降低,反之,较长的响应时间则可以得到较大的吞吐量。可以使用工具"/sbin/elvtune" 来改变最大的响应时间值。使用方法如下:



查看当前的设置 # /sbin/elvtune /dev/hda1



修改当前的配置 # /sbin/elvtune -r 2000 -w 4000 /dev/hda1



其中-r参数针对读操作,-w参数针对写操作.



可以通过命令"iostat -d -x /dev/hda1"得到的平均信息(包括平均请求大小和平均队列长度)来监视以上I/O配置的效果,并调整配置,以得到最佳的性能。一般来讲,对于读写频繁,但操作的数据量较少的Linux服务器,且对实时性要求较高,那么可以将参数调小。反之假如对于读写不频繁,但要求具有较大的吞吐量的Linux服务器,可以将参数调大,以获得较大的吞吐量。



3. 文件及文件系统调谐



3.1 块大小



创建文件系统时,可以指定块的大小。假如将来在你的文件系统中是一些比较大的文件的话,使用较大的块大小将得到较好的性能。将ext2文件系统的块大小调整为4096byte而不是缺省的1024byte,可以减少文件碎片,加快fsck扫描的速度和文件删除以及读操作的速度。另外,在ext2的文件系统中,为根目录保留了5%的空间,对一个大的文件系统,除非用作日志文件,5%的比例有些过多。可以使用命令"# mke2fs -b 4096 -m 1 /dev/hda6"将它改为1%并以块大小4096byte创建文件系统。



使用多大的块大小,需要根据你的系统综合考虑,假如系统用作邮件或者新闻服务器,使用较大的块大小,虽然性能有所提高,但会造成磁盘空间较大的浪费。比如文件系统中的文件平均大小为2145byte,假如使用4096byte的块大小,平均每一个文件就会浪费1951byte空间。假如使用 1024byte的块大小,平均每一个文件会浪费927byte空间。在性能和磁盘的代价上如何平衡,要看具体应用的需要。



3.2 不使用atime属性



当文件被创建,修改和访问时, Linux系统会记录这些时间信息。记录文件最近一次被读取的时间信息,当系统的读文件操作频繁时,将是一笔不少的开销。所以,为了提高系统的性能,我们可以在读取文件时不修改文件的atime属性。可以通过在加载文件系统时使用notime选项来做到这一点。当以noatime选项加载(mount)文件系统时,对文件的读取不会更新文件属性中的atime信息。设置noatime的重要性是消除了文件系统对文件的写操作,文件只是简单地被系统读取。由于写操作相对读来说要更消耗系统资源,所以这样设置可以明显提高服务器的性能。注重wtime信息仍然有效,任何时候文件被写,该信息仍被更新。



比如在你的系统中,要为/home文件系统设置notime选项,可以修改/etc/fstab文件相应的行如下:LABEL=/home /home ext2 noatime 1 2



要使该设置立即生效,可运行命令"#mount -oremount /home"。这样以后系统读取/home下的文件时将不会再修改atime属性。



3.3 调整缓冲区刷新参数

Linux内核中,包含了一些对于系统运行态的可设置参数。缓冲刷新的参数可以通过调整 /proc/sys/vm/bdflush文件来完成,这个文件的格式是这样的:

# cat /proc/sys/vm/bdflush

30 64 64 256 500 3000 60 0 0



每一栏是一个参数,其中最重要的是前面几个参数。第一个数字是在"dirty"缓冲区达到多少的时候强制唤醒bdflush进程刷新硬盘,第二个数字是每次让bdflush进程刷新多少个dirty块。所谓dirty块是必须写到磁盘中的缓存块。接下来的参数是每次答应bd flush将多少个内存块排入空闲的缓冲块列表。 以上值为RedHat Linux 7.1中的缺省值。如何修改它们呢?对不同的系统有以下两种方法

(1)# echo "100 128 128 512 5000 3000 60 0 0">/proc/sys/vm/bdflush 并将这条命令加到/etc/rc.d/rc.local文件中去。

(2)在/etc/sysctl.conf 文件中加入如下行: vm.bdflush = 100 128 128 512 5000 3000 60 0 0



以上的设置加大了缓冲区大小,降低了bdflush被启动的频度,同时也增加了万一系统崩溃丢失数据的危险性。VFS的缓冲刷新是Linux文件系统高效的重要原因之一,假如性能对你真的很重要,应该考虑调整这个参数。



3.4 调整文件句柄数和i-节点数



在一个大型的网站服务器其中,可能Linux默认的同时可打开最大文件数不能满足系统需要,我们可以通过调整文件句柄数和i-节点数来增加系统的缺省的限制。不同的Linux内核版本有不同的调整方法。



在Linux内核2.2.x中可以用如下命令修改:

# echo ´8192´ > /proc/sys/fs/file-max

# echo ´32768´ > /proc/sys/fs/inode-max



并将以上命令加到/etc/rc.c/rc.local文件中,以使系统每次重新启动时配置以上值。



在Linux内核2.4.x中需要修改源代码,然后重新编译内核才生效。编辑Linux内核源代码中的 include/linux/fs.h文件,将 NR_FILE 由8192改为 65536,将NR_RESERVED_FILES 由10 改为 128。编辑fs/inode.c 文件将 MAX_INODE 由16384改为262144。

一般情况下,最大打开文件数比较合理的设置为每4M物理内存256,比如256M内存可以设为16384,而最大的使用的i节点的数目应该是最大打开文件数目的3倍到4倍。



3.5 使用内存文件系统



在Linux中可以将一部分内存当作分区来使用,我们称之为RamDisk。对于一些经常被访问的文件,而它们又不会被更改,可以将它们通过 RamDisk放在内存中,即可明显地提高系统的性能。当然你的内存可要足够大了。RamDisk有两种,一种可以格式化,加载,在Linux内核 2.0/2.2就已经支持,其不足之处是大小固定。另一种是内核2.4才支持的,通过Ramfs或者tmpfs来实现,它们不能被格式化,但是用起来灵活,其大小随所需要的空间而增加或减少。这里主要介绍一下Ramfs和Tmpfs。



Ramfs顾名思义是内存文件系统,它工作于虚拟文件系统(VFS)层。不能格式化,可以创建多个,在创建时可以指定其最大能使用的内存大小。假如你的Linux已经将Ramfs编译进内核,你就可以很轻易地使用Ramfs了。创建一个目录,加载Ramfs到该目录即可。

# mkdir -p /RAM1

# mount -t ramfs none /RAM1



缺省情况下,Ramfs被限制最多可使用内存大小的一半。可以通过maxsize(以kbyte为单位)选项来改变。

# mkdir -p /RAM1

# mount -t ramfs none /RAM1 -o maxsize=10000



以上即创建了一个限定了最大使用内存大小为10M的ramdisk。



Tmpfs是一个虚拟内存文件系统,它不同于传统的用块设备形式来实现的ramdisk,也不同于针对物理内存的Ramfs。Tmpfs可以使用物理内存,也可以使用交换分区。在Linux内核中,虚拟内存资源由物理内存(RAM)和交换分区组成,这些资源是由内核中的虚拟内存子系统来负责分配和治理。Tmpfs就是和虚拟内存子系统来"打交道"的,它向虚拟内存子系统请求页来存储文件,它同Linux的其它请求页的部分一样,不知道分配给自己的页是在内存中还是在交换分区中。Tmpfs同Ramfs一样,其大小也不是固定的,而是随着所需要的空间而动态的增减。使用tmpfs,首先你编译内核时得选择"虚拟内存文件系统支持(Virtual memory filesystem support)" ,然后就可以加载tmpfs文件系统了。

# mkdir -p /mnt/tmpfs

# mount tmpfs /mnt/tmpfs -t tmpfs



为了防止tmpfs使用过多的内存资源而造成系统的性能下降或死机,可以在加载时指定tmpfs文件系统大小的最大限制。



# mount tmpfs /mnt/tmpfs -t tmpfs -o size=32m



以上创建的tmpfs文件系统就规定了其最大的大小为32M。不管是使用ramfs还是tmpfs,必须明白的是,一旦系统重启,它们中的内容将会丢失。所以那些东西可以放在内存文件系统中得根据系统的具体情况而定。



3.6 使用日志文件系统



假如Linux系统由于意外情况而没有正常关机,则可能引起文件系统中某些文件的元数据(meta-data即和文件有关的信息,例如:权限、所有者以及创建和访问时间)遭到破坏。文件系统需要维护文件的元数据来保证文件的可组织和可存取,假如元数据处于不合理或不一致的状态,那么就不能访问和存取文件。当系统重新启动时,fsck将扫描/etc/fstab文件中所列出的所有文件系统,确保它们的元数据处于可用的状态。假如发现元数据不一致, fsck将扫描和检测元数据,并纠正错误。假如文件系统很大,这个过程将需要很长的时间。为解决这个问题,可以使用日志文件系统。日志文件系统用独立的日志文件跟踪磁盘内容的变化,在写入文件内容的同时写入文件的元数据。每次修改文件的元数据时,都要先向称为"日志"的数据结构登记相应的条目。这样,日志文件系统就维护了最近更改的元数据的记录。当加载日志文件系统时,假如发现了错误,不会扫描整个文件系统的元数据,而是根据日志检查最近被更改的元数据。所以相对于传统的文件系统(如ext2),日志文件系统大大地加快了扫描和检测的时间。



Linux下可用的日志文件系统很多,如XFS,JFS,Reiserfs,ext3等等。日志文件系统主要被设计为服务器环境提供出色性能和高可用性。当然, Linux 工作站和家用机器也可从具有高性能的可靠日志文件系统中获益。安装日志文件系统,一般需要下载相应的压缩包、为内核打补丁、重新配置和重新编译内核。具体的安装过程可访问相应文件系统的官方网站。



4.其它方面的调谐



4.1 调谐buffermem

文件buffermen和内核虚拟内存子系统密切相关。文件/proc/sys/vm/buffermem 控制多大内存被用于缓冲区(百分数表示)。内核2.4的缺省值为:: "2 10 60"。可以按如下方法修改: # echo "70 10 60" >/proc/sys/vm/buffermem



并将之加到脚本文件/etc/rc.d/rc.local 中。或者在/etc/sysctl.conf文件中加入 vm.buffermem = 70 10 60



第一个参数 70意味着至少分配70%的内存用作缓冲区。后两个参数保持系统的默认值。第一个参数设置为多大合适,依靠于系统的内存大小和系统高负载时内存的使用情况(可用free监视)。



4.2 进程限制

Linux对于每个用户,系统限制其最大进程数。为提高性能,可以设置超级用户root的最大进程数为无限。编辑.bashrc文件(vi /root/.bashrc)增加行"ulimit -u unlimited"即可消除超级用户的进程限制。



核心和系统对用户进程其它的一些限制也可以通过ulimit命令来查看和更改。"ulimit -a" 用来显示当前的各种用户进程限制。一些更改用户限制的例子如下:



ulimit -n 4096 将每个进程可以打开的文件数目加大到4096,缺省为1024

ulimit -m 4096 限制每个进程使用的内存数。



4.3 优化gcc编译

将优化标志放在/etc/profile文件中。在pentium III级的处理器上使用以下优化标志将得到最优的应用程序:

CFLAGS=-O9 -funroll-loops -ffast-math -malign-double -mcpu=pentiumpro -march=pentiumpro -fomit-frame-pointer -fno-exceptions



再将如下行加到/etc/profile 更靠后的位置:

export PATH PS1 HOSTNAME HISTSIZE HISTFILESIZE USER LOGNAME MAIL INPUTRC CFLAGS LANG LESSCHARSET



使用以上的优化,gcc或者egcs编译的程序将得到最佳的性能。



4.4 编译内核优化



编辑/usr/src/linux/Makefile文件,可以根据具体的cpu优化内核编译。以下的参数设置将得到优化的内核性能。

① vi 18 /usr/src/linux/Makefile ,将HOSTCC =gcc改为 HOSTCC =egcs.

② vi 25 /usr/src/linux/Makefile

将CC =$(CROSS_COMPILE)gcc D__KERNEL__ -I$(HPATH)

改为 CC =$(CROSS_COMPILE)egcs D__KERNEL__ -I$(HPATH).

③ vi 90 /usr/src/linux/Makefile

将CFLAGS = -Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer

改为CFLAGS = -Wall -Wstrict-prototypes -O9 -funroll-loops -ffast-math -malign-double -mcpu=pentiumpro -march=pentiumpro -fomit-frame-pointer -fno-exceptions

④ vi 19 /usr/src/linux/Makefile

将HOSTCFLAGS =-Wall -Wstrict-prototypes -O2 -fomit-frame-pointer

改为HOSTCFLAGS =-Wall -Wstrict-prototypes -O9 -funroll-loops -ffast-math -malign-double -mcpu=pentiumpro -march=pentiumpro -fomit-frame-pointer -fno-exceptions



根据以上修改后的makefile文件重新编译内核将得到较优的性能。
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