該如何改善 Linux 系統性能？
發布時間：
2020-05-22 22:05:01
該如何改善 Linux 系統性能？
系統性能一直是一個受關注的話題，如何通過最簡單的設置來實現最有效的性能調優，如何在有限資源的條件下保證程序的運作，ulimit 是我們在處理這些問題時，經常使用的一種簡單手段。ulimit 是一種 linux 系統的內鍵功能，它具有一套參數集，用于為由它生成的 shell 進程及其子進程的資源使用設置限制。本文將在后面的章節中詳細說明 ulimit 的功能，使用以及它的影響，并以具體的例子來詳細地闡述它在限制資源使用方面的影響。
ulimit 的功能和用法
ulimit功能簡述
假設有這樣一種情況，當一臺 Linux 主機上同時登陸了 10 個人，在系統資源無限制的情況下，這 10 個用戶同時打開了 500 個文檔，而假設每個文檔的大小有 10M，這時系統的內存資源就會受到巨大的挑戰。而實際應用的環境要比這種假設復雜的多，例如在一個嵌入式開發環境中，各方面的資源都是非常緊缺的，對于開啟文件描述符的數量，分配堆棧的大小，CPU 時間，虛擬內存大小，等等，都有非常嚴格的要求。資源的合理限制和分配。
不僅僅是保證系統可用性的必要條件，也與系統上軟件運行的性能有著密不可分的聯系。這時，ulimit可以起到很大的作用，它是一種簡單并且有效的實現資源限制的方式。ulimit用于限制shell啟動進程所占用的資源，支持以下各種類型的限制：所創建的內核文件的大小、進程數據塊的大小、Shell進程創建文件的大小、內存鎖住的大小、常駐內存集的大小、打開文件描述符的數量、分配堆棧的較大大小、CPU 時間、單個用戶的較大線程數、Shell 進程所能使用的較大虛擬內存。同時，它支持硬資源和軟資源的限制。
作為臨時限制，ulimit 可以作用于通過使用其命令登錄的 shell 會話，在會話終止時便結束限制，并不影響于其他 shell 會話。而對于長期的固定限制，ulimit 命令語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通過一些參數選項來管理不同種類的系統資源。在本節，我們將講解這些參數的使用。
ulimit命令的格式為：
$ ulimit [options] [limit]
[options]
-H: 設置硬資源限制，一旦設置不能增加。如，ulimit -Hs 64；限制硬資源，線程棧大小為64K。
-S: 設置軟資源限制，設置后可以增加，但是不能超過硬資源設置。如，ulimit -Sn 32；限制軟資源，32個文件描述符。
-a: 顯示當前所有的limit信息。如，ulimit -a；顯示當前所有的limit信息。
-c: 較大的core文件的大小， 以blocks為單位。如，ulimit -c unlimited；對生成的core文件的大小不進行限制。
-d: 進程較大的數據段的大小，以Kbytes為單位。如，ulimit -d unlimited；對進程的數據段大小不進行限制。
-f: 進程可以創建文件的較大值，以 blocks 為單位。如，ulimit -f 2048；限制進程可以創建的較大文件大小為2048 blocks。
-l: 較大可加鎖內存大小，以Kbytes為單位。如，ulimit -l 32；限制較大可加鎖內存大小為32Kbytes。
-m: 較大內存大小，以Kbytes為單位。如，ulimit -m unlimited；對較大內存不進行限制。
-n: 可以打開較大文件描述符的數量。如，ulimit -n 128；限制較大可以使用128個文件描述符。
-p: 管道緩沖區的大小，以Kbytes為單位。如，ulimit -p 512；限制管道緩沖區的大小為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占用時間，以秒為單位。如，ulimit -t unlimited；對較大的CPU占用時間不進行限制。
-u: 用戶較大可用的進程數。如，ulimit -u 64；限制用戶最多可以使用64個進程。
-v: 進程較大可用的虛擬內存，如，以Kbytes為單位。如，ulimit -v 200000；限制較大可用的虛擬內存為200000Kbytes。
ulimit 使用實例
用戶進程的有效范圍
ulimit 作為對資源使用限制的一種工作，是有其作用范圍的。那么，它限制的對象是單個用戶，單個進程，還是整個系統呢？事實上，ulimit 限制的是當前 shell 進程以及其派生的子進程。舉例來說，如果用戶同時運行了兩個 shell 終端進程，只在其中一個環境中執行了 ulimit -s 100，則該 shell 進程里創建文件的大小收到相應的限制，而同時另一個 shell 終端包括其上運行的子程序都不會受其影響。
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，是否有針對某個具體用戶的資源加以限制的方法呢？答案是有的，臨時生效（不限制打開文件大小限制）：
$ ulimit -f unlimited
或通過修改系統的/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限定的一個描述，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 時間，以及打開的文件數。通過添加對應的一行描述，則可以產生相應的限制。例如：
* hard noflle 100
該行配置語句限定了任意用戶所能創建的較大文件數是 100。現在已經可以對進程和用戶分別做資源限制了，看似已經足夠了，其實不然。很多應用需要對整個系統的資源使用做一個總的限制，這時候我們需要修改/proc下的配置文件。/proc目錄下包含了很多系統當前狀態的參數，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文件查閱說明。
使用ulimit限制shell的內存使用
在這一小節里向讀者展示如何使用-d，-m 和-v 選項來對shell所使用的內存進行限制。首先我們來看一下不設置ulimit限制時調用ls命令的情況：
$ ll shell1 -l
-rw-r--r--. 1 root root 227690 4月 23 09:16 shell1
大家可以看到此時的 ls 命令運行正常。下面設置 ulimit：
$ ulimit -d 1000 -m 1000 -v 1000
這里再溫習一下前面章節里介紹過的這三個選項的含義：
-d：設置數據段的較大值。單位：KB。
-m：設置可以使用的常駐內存的較大值。單位：KB。
-v：設置虛擬內存的較大值。單位：KB。
通過上面的 ulimit 設置我們已經把當前 shell 所能使用的較大內存限制在 1000KB 以下。接下來我們看看這時運行 ls 命令會得到什么樣的結果：
$ ll shell1 -l
Segmentation fault (core dumped)
使用ulimit限制程序所能創建的socket數量
考慮一個現實中的實際需求。對于一個 C/S 模型中的 server 程序來說，它會為多個 client 程序請求創建多個 socket 端口給與響應。如果恰好有大量的 client 同時向 server 發出請求，那么此時 server 就會需要創建大量的 socket連接。但是在 Linux 下一切資源皆文件，普通文件是文件，磁盤打印機是文件，socket 當然也是文件。在 Linux 下創建一個新的socket 連接，實際上就是創建一個新的文件描述符。而Linux對單進程能打開的文件描述符是有限制的，默認單進程能打開的較大文件數量為1024,。ulimit 并沒有哪個選項直接說是用來限制socket的數量的。但是，我們有-n這個選項，它是用于限制一個進程所能打開的文件描述符的較大值。如下所示（查看某個進程當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，我們可以通過使用ulimit -n來限制但進程所能打開的較大文件描述符數量，默認單進程打開的文件描述符為1024，就是代表單個進程只能同時最多只能維持1024甚至更少（因為有其它文件的句柄被打開）。如果開啟4個進程維持用戶鏈接，那么整個應用能夠同時維持的連接數不會超過4*1024個，也就是說最多只能支持4×1024個用戶在線?？梢栽龃筮@個設置以便服務能夠維持更多的TCP連接，從而達到限制socket創建的數量。
如果單個進程打開的文件句柄數量超過了系統定義的值，就會提到“too many files open”的錯誤提示。如何知道當前進程打開了多少個文件句柄呢？通過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
上面說明了，7015進程打開了126個文件描述符，你可以通過ps命令看看7015這個進程是什么服務（這里都是以我的舉例說明的，你在實驗時要根據自己的進程進行查看，相信你有這個意識）。
修改單進程所能打開的較大文件數
1）ulimit -n 102400
這只是在當前終端有效，退出之后，open files又變為默認值。
2）將ulimit -n 102400寫到/etc/profile中，這樣每次登錄終端時，都會自動執行/etc/profile。
3）令修改open files的數值永久生效，則必須修改配置文件：/etc/security/limits.conf在這個文件后加上：
* soft nofile 1024000
* hard nofile 1024000
root soft nofile 1024000
root hard nofile 1024000
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