級別： 中級

William B. Zimmerly (bill@zimmerly.com), 自由作家和知識工程師, 作者
 

2006 年 5 月 25 日

本文介紹如何對您的計算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，并研究一些關(guān)于服務(wù)器性能優(yōu)化的通用規(guī)則。計算機(jī)就好像為您完成任務(wù)的雇員，最好不要讓它們負(fù)擔(dān)過重。避免這種情況發(fā)生的方法之一就是仔細(xì)地對計算機(jī)上運(yùn)行的進(jìn)程進(jìn)行優(yōu)化。UNIX® nice 命令對于完成該工作是很有用的。

在您繼續(xù)探索 UNIX? 廣袤領(lǐng)域的過程中，請將注意力轉(zhuǎn)向有關(guān)多任務(wù)的問題。現(xiàn)代計算機(jī)，就像您的敏捷而高效的雇員，擁有非常高速的內(nèi)存，這使得它們可以在內(nèi)存中同時容納成百上千個單獨(dú)的程序。

內(nèi)存中的程序通常有許多不同的名稱，包括線程、進(jìn)程、守護(hù)進(jìn)程、內(nèi)核、庫、共享對象等等。如果您想了解這種看似雜亂的現(xiàn)象中的基礎(chǔ)規(guī)則，那么拿起您的彎刀，劈開擋住去路的荊棘。您會發(fā)現(xiàn)內(nèi)存中的程序都是具有共同特征的簡單二進(jìn)制模式：它們擁有各自的運(yùn)行上下文。為了簡單起見，在本文中將它們都稱為任務(wù)。

操作系統(tǒng)的任務(wù)切換程序，也稱為調(diào)度程序，用來完成下列工作：

1. 將任務(wù)的上下文加載到中央處理器 (CPU) 寄存器。
2. 讓任務(wù)運(yùn)行一小段時間。
3. 在加載下一個任務(wù)的上下文之前，保存該任務(wù)的上下文。

調(diào)度程序維護(hù)了大量的內(nèi)部表以管理系統(tǒng)中每個運(yùn)行任務(wù)的上下文。它還使用稱為運(yùn)行隊列 和睡眠隊列 的一對隊列來對資源進(jìn)行管理。運(yùn)行隊列中的任務(wù)已經(jīng)獲得它們所需的所有資源。睡眠隊列中的任務(wù)則等待獲得一個或多個資源。通常，調(diào)度程序確保系統(tǒng)以有序的并能作出快速響應(yīng)的方式運(yùn)行。

所有的信息都保存在上下文中

運(yùn)行任務(wù)的上下文由許多內(nèi)容組成。當(dāng)任務(wù)運(yùn)行時，有一個稱為指令指針 (IP) 的 CPU 寄存器，它包含了當(dāng)前正在執(zhí)行的機(jī)器代碼指令的內(nèi)存地址。當(dāng)任務(wù)被換出時，任務(wù)切換程序必須保存這個 IP 寄存器的值，以便在該任務(wù)以后被再次換入時可以重新加載它。因此，當(dāng)前 IP 值是任務(wù)上下文中的一部分。

組成任務(wù)上下文的另一個重要的值是堆棧指針 (SP)。堆棧是一個后進(jìn)先出 (LIFO) 隊列，它保存了子例程的返回地址、數(shù)據(jù)項、指針等等。根據(jù)程序員的詳細(xì)設(shè)計，由操作這些數(shù)據(jù)項的指令來確定堆棧中每一項的具體含義。

IP 和 SP，加上組成運(yùn)行任務(wù)上下文的所有其他重要 CPU 寄存器，這些都是任務(wù)切換程序用來切換上下文并運(yùn)行不同任務(wù)的底層細(xì)節(jié)信息。任務(wù)切換程序還可以利用更高層次的細(xì)節(jié)信息。任務(wù)的優(yōu)先級是這些更高層次細(xì)節(jié)信息之一。

優(yōu)先級

程序在創(chuàng)建時并不是平等的。有些對計算機(jī)本身的操作至關(guān)重要的程序必須比其他次要的程序具有更高的優(yōu)先級。在 UNIX 系統(tǒng)方案中，使用從 -20 到 +19 的一個可變數(shù)值來表示優(yōu)先級，這個數(shù)值又稱為任務(wù)的 nice 數(shù)值。具有最高優(yōu)先級的程序，其 nice 值最低，所以在 UNIX 系統(tǒng)方案中，值 -20 使得一項任務(wù)變得非常重要。與之相反，如果任務(wù)的 nice 為 +19，則表示它是一個高尚的、無私的任務(wù)，允許所有其他任務(wù)比自己享有寶貴的 CPU 時間的更大使用份額。

UNIX 提供了許多強(qiáng)大的工具，可以在任何時候查看計算機(jī)中正在運(yùn)行的任務(wù)的細(xì)節(jié)，ps 命令可用來提供這些細(xì)節(jié)信息。啟動一個 xterm 并輸入下面的命令以查看程序的 nice：

$ ps -eo pid,state,nice,args | less -S


該命令所生成的輸出，如下面的清單 1 所示。

清單 1. 輸出

PID S NI COMMAND
1 S 0 init [5]
2 S 19 [ksoftirqd/0]
3 S -10 [events/0]
4 S -10 [khelper]
5 S -10 [kblockd/0]
28 S 0 [kapmd]
30 S 0 [pdflush]
31 S 0 [pdflush]
33 S -10 [aio/0]
32 S 0 [kswapd0]
138 S 0 [kseriod]
176 S 0 [kjournald]
1080 S 0 [kjournald]
1081 S 0 [kjournald]
1082 S 0 [kjournald]
1564 S 0 /sbin/dhclient -1 -q -lf /var/lib/dhcp/dhclient-eth0...
1610 S 0 syslogd -m 0
1614 S 0 klogd -x
1632 S 0 portmap
1651 S 0 rpc.statd
1729 S 0 /usr/sbin/sshd
1744 S 0 xinetd -stayalive -reuse -pidfile /var/run/xinetd.pid
1760 S 0 ntpd -U ntp
.
.
.
2364 S 0 konsole
2373 S 0 /bin/bash
2563 R 0 ps -eo pid,state,nice,args


在我的工作站上，共生成了 84 行輸出。這表示當(dāng)時 ps 任務(wù)正在運(yùn)行，它僅僅是那些爭用 CPU 上的運(yùn)行時間的 84 個不同任務(wù)的其中之一?，F(xiàn)在來研究一下該命令中的部分內(nèi)容，以便更好地理解系統(tǒng)輸出的含義。-eo pid、state 和 nice args 開關(guān)告訴 ps 任務(wù)列出系統(tǒng)中每項運(yùn)行任務(wù)的下列信息：

* 進(jìn)程 ID (pid)
* 任務(wù)處于運(yùn)行還是睡眠狀態(tài) (state)
* Nice 數(shù)值 (nice)
* 調(diào)用任務(wù)時的參數(shù) (args)

帶 -S 開關(guān)的 less 命令通過將列表中的每行限制為 xterm 的寬度，從而創(chuàng)建了一個整潔、漂亮的列表。

其中大部分任務(wù)的 nice 值為“0”，這使得它們處于優(yōu)先級范圍的正中間。有少數(shù)運(yùn)行任務(wù)的 nice 數(shù)值為 -10 或 19，這使得它們分別具有高的或低的優(yōu)先級。同時，大多數(shù)任務(wù)處于睡眠狀態(tài)，這表明它們正等待著獲得某種資源。事實(shí)上，在我生成該列表時，只有 ps 命令在運(yùn)行。大多數(shù)任務(wù)都是用來快速地完成它們所需執(zhí)行的操作，然后退出或睡眠。

Nice 和 renice

nice 命令根據(jù)給定的 nice 數(shù)值來執(zhí)行其參數(shù)中指定的命令。而 renice 命令則用來更改任務(wù)的 nice 數(shù)值。關(guān)于這些命令開關(guān)的詳細(xì)信息，請參閱每個命令的 man 頁面。

UNIX 計算機(jī)主要分為兩大類：工作站和服務(wù)器。需要對它們所運(yùn)行的進(jìn)程加以關(guān)注，以確保有限的資源不會被重復(fù)執(zhí)行且對預(yù)定目標(biāo)并不重要的任務(wù)浪費(fèi)。

工作站

因為工作站可以用來完成各種各樣的任務(wù)，所以對于每個工作站的優(yōu)化，沒有固定的規(guī)則。有些工作站用來進(jìn)行編程、藝術(shù)圖形設(shè)計、繁重的數(shù)值計算和數(shù)據(jù)挖掘。在所有情況下，如果您能夠在完成所需活動的同時查看正在運(yùn)行的進(jìn)程，并對工作站進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，那么這將是很有幫助的。

例如，在程序員的工作站上，編譯和連接某些程序可能花費(fèi)數(shù)小時。如果程序員想不惜一切代價地加速其執(zhí)行過程，那么可以使用超級用戶登錄，并按照如下命令啟動編譯任務(wù)：

$ su
Password:

# nice -n -15 make


參數(shù) -n -15 將 make 任務(wù)的 nice 數(shù)值降低了 15，這就大大提高了它的優(yōu)先級，以至于您在屏幕上移動鼠標(biāo)時能夠確切地感受到這一點(diǎn)。在大多數(shù)系統(tǒng)中，只有超級用戶帳戶才能夠?qū)θ蝿?wù)進(jìn)行這種優(yōu)先級的更改。盡管如此，對于運(yùn)行長進(jìn)程的工作站來說，這是值得的。

另一種進(jìn)行工作站性能優(yōu)化的重要方法是標(biāo)識出您并不使用但卻有可能在工作站上運(yùn)行的特性和功能。例如，許多 Linux? 系統(tǒng)都有一個稱為 /etc/cron.daily/slocate.cron 的文件，它每天都會運(yùn)行磁盤密集型的 dbupdate 程序。這個程序允許您使用 locate 命令來代替 find 命令，以執(zhí)行查找文件的工作。如果您從來都不使用 locate 命令，那么您可以對 /etc/cron.daily/slocate.cron 文件進(jìn)行編輯，以使 dbupdate 程序不以超級用戶的身份運(yùn)行，啟動您最喜歡的編輯器，并且注釋其中的指令，如下面的清單 2 所示。

清單 2. /etc/cron.daily/slocate.cron 文件

$ su
Password:

# cd /etc/cron.daily

# vi slocate.cron


清單 3 顯示了在您完成注釋工作后該文件中的內(nèi)容。每行開始處的英鎊標(biāo)記阻止了該命令的運(yùn)行。

清單 3. 文件結(jié)果

#!/bin/sh
# renice +19 -p $$ >/dev/null 2>&1
# /usr/bin/updatedb -f "nfs,proc,devpts" -e "/tmp,/var/tmp,/usr/tmp,/afs,/net"


請記住，這也是關(guān)于個人首選參數(shù)設(shè)置的問題。如果您的計算機(jī)屬于雇主，那么我并不建議在沒有管理許可的情況下進(jìn)行這樣的更改。畢竟，當(dāng)您不在的時候，系統(tǒng)管理員可能打算使用 locate 命令。

服務(wù)器

與工作站不同，服務(wù)器通常具有明確定義的用途，因此更容易進(jìn)行優(yōu)化。例如，Web 服務(wù)器的主要職責(zé)是接收和響應(yīng)來自 Internet 上的瀏覽器請求。與之類似，文件服務(wù)器則必須迅速而準(zhǔn)確地分發(fā)所請求的文件。在這兩種情況下，服務(wù)器不應(yīng)該執(zhí)行通常分配給工作站的那些任務(wù)。

如果服務(wù)器專門用于某個主要功能，如 Web 服務(wù)器，那么請對配置文件進(jìn)行編輯以去掉任何其他的服務(wù)。通常，Web 服務(wù)器會運(yùn)行 ftp、nfs、dhcp、dns 和其他非必需的守護(hù)進(jìn)程。計算機(jī)所需共享的資源越少，那么它對其主要任務(wù)的響應(yīng)能力越高。作為回報，安全性也更高，因為可供攻擊的漏洞更少。

本文為服務(wù)器性能優(yōu)化提供了一些通用規(guī)則。有關(guān)詳細(xì)信息，請查閱參考資料部分中的鏈接。

結(jié)束語

如果您對工作站和服務(wù)器上所運(yùn)行的進(jìn)程進(jìn)行仔細(xì)地優(yōu)化，包括設(shè)置適當(dāng)?shù)娜蝿?wù)優(yōu)先級以及移除浪費(fèi)資源的任務(wù)，那么您的計算機(jī)將繼續(xù)作為您稱職的和忠實(shí)的雇員。