張明棟

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

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開發(fā)的一套類UNIX操作系統(tǒng)，運行在IBM公司專有的Power系列芯片的小型機上。目前，IBM小型機廣泛應(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小型機作為服務(wù)器，因此如何針對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的特點和要求將小型機的系統(tǒng)資源盡可能均衡地充分利用，增強系統(tǒng)的吞吐能力，減少響應(yīng)時間成為我們必須進行研究的課題。

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

1 CPU

1.1 CPU性能分析

AIX 系統(tǒng)運行的硬件平臺為Power CPU。Power CPU是IBM公司設(shè)計的一款基于 RISC 架構(gòu)的處理器，主要用于服務(wù)器市場的小型機平臺。CPU是系統(tǒng)運行的中樞大腦，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。我們主要采用vmstat命令進行CPU運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測及分析，通過分析合理調(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負載情況外，還統(tǒng)計了虛擬內(nèi)存、內(nèi)核線程、物理內(nèi)存及陷阱（錯誤）的活動情況。CPU是否成為整個系統(tǒng)性能瓶頸，主要由r、us、sy、id、wa五列數(shù)據(jù)決定。r列，表示可運行的內(nèi)核線程平均數(shù)，包括正在運行的線程和正在等待 CPU 的線程，如果這個數(shù)字大于 CPU 的數(shù)目，至少有一個線程要等待 CPU，等待 CPU 的線程越多，越有可能對系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響，如果這個數(shù)值達到CPU數(shù)量的2至5倍，說明CPU的處理能力可能已經(jīng)成為影響整個系統(tǒng)性能的瓶頸。us列，顯示系統(tǒng)中用戶操作所消耗CPU時間百分比。sy列，表示系統(tǒng)中系統(tǒng)調(diào)用所消耗CPU時間百分比。id列，表示系統(tǒng)中CPU空閑時間所占的百分比。wa列，表示系統(tǒng)等待磁盤I/O所占時間百分比。在不需要共享CPU的單用戶系統(tǒng)情況下，us+sy時間低于 90%，則不認為單用戶系統(tǒng)是 CPU 受限制的。但是，如果在一個多用戶系統(tǒng)中 us + sy 時間超過 80%，則進程可能要花時間在運行隊列中等待，響應(yīng)時間和吞吐量會受損害。

1.2 CPU性能優(yōu)化方法

當(dāng)上述監(jiān)測和分析結(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CPU性能進行優(yōu)化。通常對于CPU性能優(yōu)化有四種方法：

（1） 平衡系統(tǒng)負載。將一些消耗CPU資源的進程分散在不同的期間運行，充分利用每天的24小時。

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

（3） 調(diào)整CPU時間片的大小。如果系統(tǒng)中運行的大多是需要占用較多CPU運行時間且中途不會因I/O掛起的程序，可以通過schedo命令增大時間片的大小，從而減少時間片的切換，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，通過設(shè)置無上限分區(qū)或動態(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)存由實際物理內(nèi)存和硬盤上的交換空間組成，稱為虛擬內(nèi)存。虛擬內(nèi)存空間被劃分為一個個固定大小為4KB的頁面，這些頁面存在于實際物理內(nèi)存或交換空間上。

當(dāng)操作系統(tǒng)內(nèi)存資源不足時，系統(tǒng)運行速度會顯著地變慢。對于系統(tǒng)內(nèi)存性能分析的主要任務(wù)是監(jiān)測系統(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命令可以對內(nèi)存使用狀況進行深層次的分析，從而得到當(dāng)前內(nèi)存使用狀態(tài)的快照信息。svmon命令運行結(jié)果，如圖2所示。

圖2 svmon運行結(jié)果

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

2.2 內(nèi)存性能優(yōu)化方法

內(nèi)存資源常見的問題為資源不足。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)存頁面大小。內(nèi)存頁面大小默認是4KB，但對于消耗大量內(nèi)存的應(yīng)用程序來說，分散存儲在太多頁面上可能造成影響。通過使用vmo命令調(diào)整相關(guān)參數(shù)，就可以對系統(tǒng)進行優(yōu)化以提供大型的頁面，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)存的所有頁面被分為程序頁面和文件頁面兩種類型。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。通過調(diào)整minperm和maxperm兩個參數(shù)，可以平衡程序頁面和文件頁面的交換，減少程序頁面的調(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)頁空間不足導(dǎo)致進程掛起，提高系統(tǒng)運行效率。設(shè)置交換空間應(yīng)遵循以下原則：大小相同、分布在不同的磁盤的中央位置。

3磁盤I/O

3.1 磁盤I/O性能分析

摩爾定律說，每過十八個月集成電路的晶體管數(shù)量會增加一倍，存儲的密度每過十二個月就會增加一倍，每過十二個月至十八個月，用戶就開始擔(dān)心自己的存儲的容量空間是否還足夠了。不過，磁盤頭旋轉(zhuǎn)讀取的速度可沒變化這么快，傳輸速率還在兆字節(jié)的級別速度上。所以很多時候，應(yīng)用系統(tǒng)的瓶頸，出現(xiàn)在 I/O 層面。如何分析 I/O 的性能問題，顯得很重要。使用iostat命令，可以得到較詳細的I/O性能數(shù)據(jù)，該命令運行結(jié)果，如圖3所示。

圖3 iostat命令運行結(jié)果

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

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

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

Kb_read報告了在測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顯示了在測量間隔中總的寫入物理卷中的數(shù)據(jù)量（以KB為單位）。

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

3.2 磁盤I/O性能優(yōu)化方法

（1） 邏輯卷優(yōu)化。把經(jīng)常被訪問的熱點文件所在的邏輯卷移至負載相對較輕的物理卷上或通過RAID機制將文件所在邏輯卷條塊化到多個物理磁盤，以用來平衡I/O負載。

（2） 文件系統(tǒng)優(yōu)化。對于JFS格式的預(yù)讀頁可以通過修改minpgahead和maxpgahead參數(shù)進行優(yōu)化，順序預(yù)讀功能可以改進需要順序訪問超大文件時系統(tǒng)的性能。

（3） 磁盤I/O訪問模式優(yōu)化。若應(yīng)用系統(tǒng)進行同步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操作在后臺運行，不會阻塞用戶的進程，這樣可以有效的提高了I/O吞吐量。

4結(jié)束語

本文通過不同的分析方法，對與AIX系統(tǒng)性能相關(guān)的三個主要方面分別進行了深入探討。系統(tǒng)優(yōu)化是一項復(fù)雜、繁瑣、長期的工作，隨著企業(yè)信息化的不斷推進，應(yīng)用系統(tǒng)的性能優(yōu)化也顯得越來越重要，本文所進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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