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第1章 绪论1

1.1系统性能1

1.2人员2

1.3事情3

1.4视角4

1.5性能是充满挑战的4

1.5.1性能是主观的4

1.5.2系统是复杂的5

1.5.3可能有多个问题并存6

1.6延时6

1.7动态跟踪7

1.8云计算8

1.9案例研究8

1.9.1缓慢的磁盘9

1.9.2软件变更10

1.9.3更多阅读12

第2章 方法13

2.1术语14

2.2模型14

2.2.1受测系统15

2.2.2排队系统15

2.3概念16

2.3.1延时16

2.3.2时间量级17

2.3.3权衡三角18

2.3.4调整的影响19

2.3.5合适的层级19

2.3.6性能建议的时间点20

2.3.7负载vs.架构20

2.3.8扩展性21

2.3.9已知的未知22

2.3.10指标23

2.3.11使用率24

2.3.12饱和度25

2.3.13剖析26

2.3.14缓存26

2.4视角28

2.4.1资源分析28

2.4.2工作负载分析29

2.5方法30

2.5.1街灯讹方法31

2.5.2随机变动讹方法32

2.5.3责怪他人讹方法32

2.5.4 Ad Hoc核对清单法33

2.5.5问题陈述法33

2.5.6科学法34

2.5.7诊断循环35

2.5.8工具法35

2.5.9 USE方法36

2.5.10工作负载特征归纳42

2.5.11向下挖掘分析43

2.5.12延时分析44

2.5.13 R方法45

2.5.14事件跟踪45

2.5.15基础线统计47

2.5.16静态性能调整47

2.5.17缓存调优47

2.5.18微基准测试48

2.6建模49

2.6.1企业vs.云49

2.6.2可视化识别49

2.6.3 Amdahl扩展定律51

2.6.4通用扩展定律52

2.6.5排队理论52

2.7容量规划56

2.7.1资源极限56

2.7.2因素分析58

2.7.3扩展方案58

2.8统计59

2.8.1量化性能59

2.8.2平均值60

2.8.3标准方差、百分位数、中位数61

2.8.4变异系数62

2.8.5多重模态分布62

2.8.6异常值63

2.9监视63

2.9.1基于时间的规律63

2.9.2监测产品65

2.9.3启动以来的信息统计65

2.10可视化65

2.10.1线图65

2.10.2散点图66

2.10.3热图67

2.10.4表面图68

2.10.5可视化工具69

2.11练习70

2.12参考70

第3章 操作系统73

3.1术语73

3.2背景74

3.2.1内核74

3.2.2栈77

3.2.3中断和中断线程78

3.2.4中断优先级79

3.2.5进程79

3.2.6系统调用81

3.2.7虚拟内存83

3.2.8内存管理83

3.2.9调度器84

3.2.10文件系统85

3.2.11缓存87

3.2.12网络88

3.2.13设备驱动88

3.2.14多处理器88

3.2.15抢占89

3.2.16资源管理89

3.2.17观测性90

3.3内核90

3.3.1 UNIX91

3.3.2基于Solaris91

3.3.3基于Linux94

3.3.4差异96

3.4练习97

3.5参考97

第4章 观测工具99

4.1工具类型99

4.1.1计数器100

4.1.2跟踪101

4.1.3剖析102

4.1.4监视（sar）103

4.2观测来源104

4.2.1 /proc104

4.2.2 /sys109

4.2.3 kstat110

4.2.4延时核算112

4.2.5微状态核算113

4.2.6其他的观测源113

4.3 DTrace115

4.3.1静态和动态跟踪116

4.3.2探针117

4.3.3 provider117

4.3.4参数118

4.3.5 D语言118

4.3.6内置变量119

4.3.7 action119

4.3.8变量类型120

4.3.9单行命令122

4.3.10脚本122

4.3.11开销123

4.3.12文档和资源124

4.4 SystemTap125

4.4.1探针125

4.4.2 tapset126

4.4.3 action和内置变量126

4.4.4示例126

4.4.5开销128

4.4.6文档和资源129

4.5 perf129

4.6观测工具的观测130

4.7练习131

4.8参考131

第5章 应用程序133

5.1应用程序基础133

5.1.1目标134

5.1.2常见情况的优化135

5.1.3观测性136

5.1.4大O标记法136

5.2应用程序性能技术137

5.2.1选择I/O尺寸137

5.2.2缓存138

5.2.3缓冲区138

5.2.4轮询138

5.2.5并发和并行139

5.2.6非阻塞I/O141

5.2.7处理器绑定141

5.3编程语言142

5.3.1编译语言142

5.3.2解释语言143

5.3.3虚拟机144

5.3.4垃圾回收144

5.4方法和分析145

5.4.1线程状态分析145

5.4.2 CPU剖析148

5.4.3系统调用分析150

5.4.4 I/O剖析156

5.4.5工作负载特征归纳157

5.4.6 USE方法157

5.4.7向下挖掘法158

5.4.8锁分析158

5.4.9静态性能调优161

5.5练习162

5.6参考163

第6章 CPU165

6.1术语166

6.2模型166

6.2.1 CPU架构166

6.2.2 CPU内存缓存167

6.2.3 CPU运行队列168

6.3概念168

6.3.1时钟频率168

6.3.2指令169

6.3.3指令流水线169

6.3.4指令宽度170

6.3.5 CPI，IPC170

6.3.6使用率170

6.3.7用户时间/内核时间171

6.3.8饱和度171

6.3.9抢占171

6.3.10优先级反转172

6.3.11多进程，多线程172

6.3.12字长173

6.3.13编译器优化174

6.4架构174

6.4.1硬件174

6.4.2软件182

6.5方法187

6.5.1工具法187

6.5.2 USE方法188

6.5.3负载特征归纳189

6.5.4剖析190

6.5.5周期分析191

6.5.6性能监控192

6.5.7静态性能调优192

6.5.8优先级调优192

6.5.9资源控制193

6.5.10 CPU绑定193

6.5.11微型基准测试194

6.5.12扩展194

6.6分析195

6.6.1 uptime195

6.6.2 vmstat197

6.6.3 mpstat198

6.6.4 sar200

6.6.5 ps201

6.6.6 top202

6.6.7 prstat203

6.6.8 pidstat204

6.6.9 time和ptime205

6.6.10 DTrace206

6.6.11 SystemTap212

6.6.12 perf212

6.6.13 cpustat218

6.6.14其他工具219

6.6.15可视化219

6.7实验222

6.7.1 Ad Hoc222

6.7.2 SysBench223

6.8调优223

6.8.1编译器选项224

6.8.2调度优先级和调度类224

6.8.3调度器选项224

6.8.4进程绑定226

6.8.5独占CPU组227

6.8.6资源控制227

6.8.7处理器选项（BIOS调优）227

6.9练习228

6.10参考资料229

第7章 内存231

7.1术语232

7.2概念232

7.2.1虚拟内存233

7.2.2换页233

7.2.3按需换页234

7.2.4过度提交236

7.2.5交换236

7.2.6文件系统缓存占用236

7.2.7使用率和饱和度237

7.2.8分配器237

7.2.9字长237

7.3架构237

7.3.1硬件238

7.3.2软件242

7.3.3进程地址空间247

7.4方法251

7.4.1工具法252

7.4.2 USE方法252

7.4.3使用特征归纳253

7.4.4周期分析254

7.4.5性能监测254

7.4.6泄漏检测255

7.4.7静态性能调优255

7.4.8资源控制256

7.4.9微基准测试256

7.5分析256

7.5.1 vmstat257

7.5.2 sar259

7.5.3 slabtop262

7.5.4 ：：kmstat263

7.5.5 ps264

7.5.6 top265

7.5.7 prstat266

7.5.8 pmap267

7.5.9 DTrace268

7.5.10 SystemTap272

7.5.11其他工具272

7.6调优273

7.6.1可调参数274

7.6.2多个页面大小276

7.6.3分配器277

7.6.4资源控制277

7.7练习277

7.8参考资料279

第8章 文件系统281

8.1术语282

8.2模型282

8.2.1文件系统接口282

8.2.2文件系统缓存283

8.2.3二级缓存284

8.3概念284

8.3.1文件系统延时284

8.3.2缓存285

8.3.3随机与顺序I/O285

8.3.4预取286

8.3.5预读287

8.3.6写回缓存287

8.3.7同步写287

8.3.8裸I/O和直接I/O288

8.3.9非阻塞I/O288

8.3.10内存映射文件289

8.3.11元数据289

8.3.12逻辑I/O vs.物理I/O290

8.3.13操作并非不平等291

8.3.14特殊文件系统292

8.3.15访问时间戳292

8.3.16容量292

8.4架构293

8.4.1文件系统I/O栈293

8.4.2 VFS294

8.4.3文件系统缓存294

8.4.4文件系统特性299

8.4.5文件系统种类300

8.4.6卷和池305

8.5方法306

8.5.1磁盘分析307

8.5.2延时分析307

8.5.3负载特征归纳309

8.5.4性能监控311

8.5.5事件跟踪311

8.5.6静态性能调优312

8.5.7缓存调优313

8.5.8负载分离313

8.5.9内存文件系统313

8.5.10微型基准测试313

8.6分析315

8.6.1 vfsstat315

8.6.2 fsstat316

8.6.3 strace、truss317

8.6.4 DTrace317

8.6.5 SystemTap326

8.6.6 LatencyTOP326

8.6.7 free327

8.6.8 top327

8.6.9 vmstat327

8.6.10 sar328

8.6.11 slabtop329

8.6.12 mdb：：kmastat330

8.6.13 fcachestat330

8.6.14/proc/meminfo331

8.6.15 mdb：：memstat331

8.6.16 kstat332

8.6.17其他工具333

8.6.18可视化334

8.7实验334

8.7.1 Ad Hoc335

8.7.2微型基准测试工具335

8.7.3缓存写回337

8.8调优337

8.8.1应用程序调用338

8.8.2 ext3339

8.8.3 ZFS339

8.9练习341

8.10参考资料342

第9章 磁盘345

9.1术语346

9.2模型346

9.2.1简单磁盘346

9.2.2缓存磁盘347

9.2.3控制器348

9.3概念348

9.3.1测量时间348

9.3.2时间尺度350

9.3.3缓存351

9.3.4随机vs.连续I/O351

9.3.5读/写比352

9.3.6 I/O大小352

9.3.7 IOPS并不平等353

9.3.8非数据传输磁盘命令353

9.3.9使用率353

9.3.10饱和度354

9.3.11 I/O等待354

9.3.12同步vs.异步355

9.3.13磁盘vs.应用程序I/O355

9.4架构356

9.4.1磁盘类型356

9.4.2接口361

9.4.3存储类型362

9.4.4操作系统磁盘I/O栈364

9.5方法367

9.5.1工具法368

9.5.2 USE方法368

9.5.3性能监控369

9.5.4负载特征归纳370

9.5.5延时分析371

9.5.6事件跟踪372

9.5.7静态性能调优373

9.5.8缓存调优374

9.5.9资源控制374

9.5.10微基准测试374

9.5.11伸缩375

9.6分析376

9.6.1 iostat377

9.6.2 sar384

9.6.3 pidstat385

9.6.4 DTrace386

9.6.5 SystemTap394

9.6.6 perf394

9.6.7 iotop395

9.6.8 iosnoop397

9.6.9 blktrace400

9.6.10 MegaCli401

9.6.11 smartctl402

9.6.12可视化403

9.7实验406

9.7.1 Ad Hoc406

9.7.2自定义负载生成器407

9.7.3微基准测试工具407

9.7.4随机读示例407

9.8调优408

9.8.1操作系统可调参数408

9.8.2磁盘设备可调参数410

9.8.3磁盘控制器可调参数410

9.9练习411

9.10参考资料412

第10章 网络415

10.1术语416

10.2模型416

10.2.1网络接口416

10.2.2控制器417

10.2.3协议栈417

10.3概念418

10.3.1网络和路由418

10.3.2协议419

10.3.3封装419

10.3.4包长度419

10.3.5延时420

10.3.6缓冲422

10.3.7连接积压队列422

10.3.8接口协商422

10.3.9使用率423

10.3.10本地连接423

10.4架构423

10.4.1协议423

10.4.2硬件426

10.4.3软件428

10.5方法432

10.5.1工具法433

10.5.2 USE方法433

10.5.3工作负载特征归纳434

10.5.4延时分析435

10.5.5性能监测436

10.5.6数据包嗅探436

10.5.7 TCP分析437

10.5.8挖掘分析438

10.5.9静态性能调优438

10.5.10资源控制439

10.5.11微基准测试439

10.6分析440

10.6.1 netstat440

10.6.2 sar445

10.6.3 ifconfig447

10.6.4 ip448

10.6.5 nicstat448

10.6.6 dladm449

10.6.7 ping450

10.6.8 traceroute450

10.6.9 pathchar451

10.6.10 tcpdump451

10.6.11 snoop452

10.6.12 Wireshark455

10.6.13 DTrace455

10.6.14 SystemTap466

10.6.15 perf466

10.6.16其他工具467

10.7实验468

10.7.1 iperf468

10.8调优469

10.8.1 Linux470

10.8.2 Solaris472

10.8.3 配置474

10.9练习475

10.10参考476

第11章 云计算479

11.1背景480

11.1.1性价比480

11.1.2可扩展的架构480

11.1.3容量规划481

11.1.4存储483

11.1.5多租户483

11.2 OS虚拟化484

11.2.1系统开销485

11.2.2资源控制487

11.2.3可观测性490

11.3硬件虚拟化495

11.3.1系统开销496

11.3.2资源控制501

11.3.3可观测性504

11.4比较509

11.5练习511

11.6参考资料512

第12章 基准测试515

12.1背景515

12.1.1事情516

12.1.2有效的基准测试516

12.1.3基准测试之罪518

12.2基准测试的类型523

12.2.1微基准测试524

12.2.2模拟525

12.2.3回放526

12.2.4行业标准526

12.3方法528

12.3.1被动基准测试528

12.3.2主动基准测试529

12.3.3 CPU剖析531

12.3.4 USE方法532

12.3.5工作负载特征归纳533

12.3.6自定义基准测试533

12.3.7逐渐增加负载533

12.3.8完整性检查535

12.3.9统计分析536

12.4基准测试问题537

12.5练习538

12.6参考539

第13章 案例研究541

13.1案例研究：红鲸541

13.1.1问题陈述542

13.1.2支持543

13.1.3上手544

13.1.4选择征途545

13.1.5 USE方法546

13.1.6我们做完了吗549

13.1.7二度出击549

13.1.8基础550

13.1.9忽略红鲸551

13.1.10审问内核552

13.1.11为什么553

13.1.12尾声555

13.2结语555

13.3附加信息556

13.4参考556

附录A USE法：Linux559

附录B USE法：Solaris565

附录C sar总结571

附录D DTrace单行命令573

附录E 从DTrace到SystemTap583

附录F 精选练习题答案593

附录G 系统性能名人录597