Linux(十九)——CPU、I/O、网络与内核参数调优指南

前言

在 Linux 系统运维和性能优化过程中，合理配置 CPU、磁盘 I/O、网络以及内核参数是提升系统稳定性和性能的关键。

本文档系统整理了常用的调优方法和命令，涵盖进程优先级调整、CPU 绑定、资源限制、磁盘速度测试、内核网络参数优化等方面，旨在为系统管理员和开发人员提供一份实用、全面的调优参考。

另一篇文档介绍了一些实用的系统调优工具，大家可以参考使用。（系统调优工具指南）

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一、CPU 资源调优

1.1 调整进程优先级（nice 值）

通过调整进程的 nice 值，可以改变其在 CPU 调度中的优先级，从而合理分配 CPU 资源。

1.1.1 nice 值范围与含义

• 范围：-20（最高优先级）到 19（最低优先级），默认值为 0。
• 规律：
  • nice 值越小（甚至为负），优先级越高，系统会更频繁地调度该进程；
  • nice 值越大，优先级越低，系统会减少对其的 CPU 资源分配。

1.1.2 常用命令

1、启动时设置优先级

# 启动时设置优先级
nice -n -5 tail -f a.txt
# 查看进程优先级
ps -elf|grep 'tail -f a.txt'nice：用于给新进程设置 “nice 值”（优先级的数值表示，范围是 -20 到 19）-n -5：指定 nice 值为 -5（数值越小，优先级越高，系统会优先分配 CPU 资源）tail -f a.txt：要启动的进程（这里是用 tail 打开 a.txt，tail -f 可以长时间占用进程）效果：启动的 tail进程会获得较高的 CPU 优先级，在系统繁忙时，它能抢到更多 CPU 时间，操作更流畅

2、修改运行中进程的优先级

# 修改运行中进程的优先级
renice -n 6 4934   # 4934是进程PID
ps -elf|grep 'tail -f a.txt'

1.1.3 注意事项

• nice 值不可超出 -20~19 的范围；
• 主要用于服务器进程优先级提升或后台任务优先级降低，以实现 CPU 资源合理分配。

1.2 设置 CPU 亲和力（taskset）

功能：通过将进程绑定到指定 CPU 核心，减少上下文切换开销，提升性能。

场景：一般用在业务（进程）非常重要，将业务绑定在CPU上（一般绑定2个）

1.2.1 安装工具

yum install -y util-linux

1.2.2 常用命令

1、启动时绑定到指定核心

# 启动时绑定到指定核心
taskset -c 0 tail -f a.txt          # 绑定到 CPU0taskset：Linux 中用于设置进程 CPU 亲和力（绑定 CPU 核心）的工具-c 0：-c 表示指定 CPU 核心编号（从 0 开始），这里绑定到第 0 号 CPU 核心tail -f a.txt：要启动的进程（这里是用 tail 打开 a.txt，tail -f 可以长时间占用进程）效果：这个 vim 进程只会在 CPU0 上运行，不会被调度到其他核心，适合需要稳定占用单一核心的场景。

2、查看运行中进程的绑定情况

# 查看运行中进程的绑定情况
taskset -cp 5141              # 查看进程 5141 的 CPU 绑定情况
查看已运行进程的 CPU 绑定情况。-c：显示 CPU 核心编号（更易读）-p：表示操作对象是已存在的进程（通过 PID 指定）5141：目标进程的 PID（进程 ID，可通过 ps 或 top 查看）或者使用：
ps -o psr -p [进程号]

taskset -c 1,3 vim b.txt        # 绑定到 CPU1 和 CPU3
启动进程时，绑定到多个 CPU 核心（核心列表）。-c 1,3：指定进程只能在 CPU1 和 CPU3 上运行（核心编号用逗号分隔）效果：这个 vim 进程会在 CPU1 和 CPU3 之间被调度，但不会跑到其他核心（如 CPU0、CPU2），适合需要限制进程使用特定核心组的场景。

1.3 查看 CPU 信息（/proc/cpuinfo）

1.3.1 命令说明

cat /proc/cpuinfo 用于查看 CPU 的详细硬件信息，包括核心数、型号、频率、支持的指令集等。

processor       : 0
vendor_id       : GenuineIntel
cpu family      : 6
model           : 78
model name      : Intel(R) Core(TM) i3-6006U CPU @ 2.00GHz
stepping        : 3
microcode       : 0xf0
cpu MHz         : 1992.001
cache size      : 3072 KB
physical id     : 0
siblings        : 2
core id         : 0
cpu cores       : 2
processor       : 0
vendor_id       : GenuineIntel
cpu family      : 6
model           : 78
model name      : Intel(R) Core(TM) i3-6006U CPU @ 2.00GHz
stepping        : 3
microcode       : 0xf0
cpu MHz         : 1992.001
cache size      : 3072 KB
physical id     : 0
siblings        : 2
core id         : 0
cpu cores       : 2
apicid          : 0
initial apicid  : 0
fpu             : yes
fpu_exception   : yes
cpuid level     : 22
wp              : yes
vendor_id       : GenuineIntel
cpu family      : 6
model           : 78
model name      : Intel(R) Core(TM) i3-6006U CPU @ 2.00GHz
stepping        : 3
microcode       : 0xf0
cpu MHz         : 1992.001
cache size      : 3072 KB
physical id     : 0
siblings        : 2
core id         : 1
cpu cores       : 2
apicid          : 1
initial apicid  : 1
fpu             : yes
fpu_exception   : yes
cpuid level     : 22
wp              : yes
flags           : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 ss ht syscall nx pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc arch_perfmon nopl xtopology tsc_reliable nonstop_tsc eagerfpu pni pclmulqdq vmx ssse3 fma cx16 pcid sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx f16c rdrand hypervisor lahf_lm abm 3dnowprefetch invpcid_single ssbd ibrs ibpb stibp tpr_shadow vnmi ept vpid fsgsbase tsc_adjust bmi1 avx2 smep bmi2 invpcid rdseed adx smap clflushopt xsaveopt xsavec xgetbv1 arat md_clear spec_ctrl intel_stibp flush_l1d arch_capabilities
bogomips        : 3984.00
clflush size    : 64
cache_alignment : 64
address sizes   : 45 bits physical, 48 bits virtual

1.3.2 关键信息解读

1. 核心数量：

   • processor 条目数量 → 总逻辑核心数（包含超线程）。
   • cpu cores → 单个物理 CPU 的物理核心数（如 cpu cores : 4 表示 4 核）。
   • 例：4 物理核 + 超线程 = 8 逻辑核 → 会显示 8 个 processor 条目（0~7）。

2. 型号和主频：

   • model name 直接显示 CPU 型号（如 i7-7700HQ）和基础主频（如 2.80GHz）。
   • cpu MHz 显示当前实时频率（支持睿频的 CPU 会动态变化）。

3. 厂商和功能：

   • vendor_id 区分 Intel/AMD 等厂商。
   • flags 列出支持的指令集（如 avx2 加速多媒体处理，vmx 支持虚拟化）。

常用场景：

• 快速确认服务器的 CPU 核心数（判断并行处理能力）。
• 验证CPU是否支持关键功能（如虚拟化、硬件加速指令）。
• 核查硬件信息（如型号是否与预期一致，是否存在已知漏洞）。

简单说，这条命令是“查看 CPU 身份证”的工具，能让你快速了解系统的 CPU 配置。

1.3.3 常用查询命令

1、物理cpu：物理cpu数量，实际服务器中插槽上的cpu个数

# 物理 CPU 数量
cat /proc/cpuinfo | grep "physical id" | sort | uniqsort：sort 命令用于对输入的行进行排序，由于系统中可能有多个物理 CPU 或多个核心，grep "physical id" 的输出可能包含重复的物理 ID，sort 会对这些行按默认顺序，为后续的 uniq 处理做准备。uniq：uniq 命令用于去除连续重复的行。

2、逻辑cpu：操作系统可以使用逻辑CPU来模拟出真实CPU的效果

# 逻辑 CPU 数量
cat /proc/cpuinfo | grep "processor" |sort -u |wc -l

3、cpu核数：一块CPU上面能处理数据的芯片组的数量

# 每颗 CPU 的物理核心数
cat /proc/cpuinfo | grep "cpu cores" | sort | uniq

1.4 使用 vmstat 分析系统瓶颈

vmstat 可实时监控系统资源使用情况，帮助定位性能瓶颈。

1.4.1 关键指标

• r：等待运行的进程数，若持续大于 CPU 核心数 × 3，说明 CPU 繁忙；
• us：用户态 CPU 时间占比；
• sy：系统态 CPU 时间占比；
• wa：等待 I/O 的 CPU 时间占比；
• id：空闲 CPU 时间占比。

vmstat 1 5  虚拟内存统计（Virtual Memory Statistics）工具，能全面反映系统运行状态1：采样间隔时间，单位为秒（每 1 秒刷新一次数据）
5：采样次数（总共输出 5 组数据）

1.4.2 实战场景

• 上传大文件：wa 高，bo 大，说明写磁盘繁忙；
• 复制文件：bi 和 bo 都高，wa 高，说明读写磁盘繁忙；
• 高并发 HTTP 请求：r 高，us 高，说明 CPU 处理不过来。

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二、磁盘 I/O 调优

2.1 ulimit 资源限制

通过 /etc/security/limits.conf 配置文件限制用户进程的资源使用。
资源限制配置文件（通常是 /etc/security/limits.conf 或 /etc/security/limits.d/ 目录下的配置文件）中的设置，用于限制系统用户的进程资源使用上限

2.1.1 常用配置

* soft nofile 1024000
* hard nofile 1024000
* soft nproc 65535
* hard nproc 65535*：表示对 所有用户 生效（也可以指定具体用户名，如 root 或 www）soft：软限制（警告线），超过时系统会警告，但允许临时超过（直到进程结束）hard：硬限制（强制线），由内核强制执行，绝对不能超过（软限制不能高于硬限制）nofile：限制 打开文件描述符的数量（包括文件、网络连接、管道等，Linux 中 “一切皆文件”）nproc：限制 用户能创建的进程 / 线程数量具体配置的含义：* soft nofile 1024000所有用户的 软限制：最多可打开 1024000 个文件描述符（超过会警告）* hard nofile 1024000所有用户的 硬限制：绝对不能打开超过 1024000 个文件描述符* soft nproc 65535所有用户的 软限制：最多可创建 65535 个进程 / 线程（超过会警告）* hard nproc 65535所有用户的 硬限制：绝对不能创建超过 65535 个进程 / 线程

2.1.2 查看当前限制

ulimit -n    # 查看 nofile 软限制
ulimit -Hn   # 查看 nofile 硬限制
ulimit -u    # 查看 nproc 软限制

2.1.3 ulimit 临时修改

# 临时修改nofile软限制
ulimit -n 10000
# 查看 nofile 软限制
ulimit -n

2.2 测试磁盘速度

2.2.1 读速度测试

这是一个用于测试硬盘读取速度的命令，主要用于评估磁盘的顺序读取性能

hdparm -t --direct /dev/sdahdparm：Linux 下用于查看和调整硬盘参数的工具-t：测试硬盘的缓存读取速度（读取数据时会利用硬盘缓存和系统缓存）--direct：启用 “直接 IO” 模式（跳过系统缓存，直接从硬盘读取原始数据，更接近真实的物理读取速度）/dev/sda：指定要测试的硬盘设备（sda 通常是系统的第一个硬盘）

2.2.2 写速度测试

dd if=/dev/zero of=/test.dbf bs=1M count=1000 oflag=directdd：Linux 下用于复制和转换文件的工具，常被用来测试磁盘性能if=/dev/zero：if 表示 “输入文件”，/dev/zero 是一个特殊设备文件，会不断生成二进制的 0 数据（可理解为 “无限的空数据来源”）of=/test.dbf：of 表示 “输出文件”，即把数据写入到 /test.dbf 这个文件中bs=1M：bs 表示 “块大小”，这里设置为 1MB（每次读写的数据块大小）count=1000：count 表示 “块数量”，这里生成 1000 个 1MB 的块，总文件大小为 1000MB（约 1GB）oflag=direct：oflag 表示 “输出标志”，direct 启用直接 IO 模式（跳过系统缓存，直接写入物理硬盘，更真实反映硬盘写入速度）

2.2.3 带时间统计的写入测试

time dd if=/dev/zero of=/test.dbf bs=1M count=200 time：用于统计后续命令的执行时间（包括实际耗时、用户态耗时、内核态耗时）
dd：文件复制工具，这里用于生成测试文件if=/dev/zero：输入源为 /dev/zero（不断生成空数据，作为写入的数据源）of=/test.dbf：输出文件为 /test.dbf（要创建的测试文件）bs=1M：每次读写的数据块大小为 1MBcount=200：共写入 200 个块，总文件大小为 200MB（1M × 200）

信息详解：dd 部分的输出：确认写入了 200MB 数据1.2G/s 是计算出的写入速度（总数据量 ÷ 实际耗时）注意：这里没有 oflag=direct，写入速度会包含系统缓存的加速效果，可能比硬盘真实物理速度快（尤其是写入小文件时）。time 部分的输出：real：实际总耗时（从命令开始到结束的墙钟时间，0.184 秒）user：命令在用户态运行的时间（几乎为 0，因为主要是 IO 操作）sys：命令在内核态运行的时间（0.198 秒，主要是磁盘 IO 的内核处理时间）

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三、内核参数调优

3.1 防御 SYN 洪水攻击

通过修改 /etc/sysctl.conf 文件优化网络连接与安全参数。

3.1.1 推荐配置

net.ipv4.tcp_synack_retries = 0
net.ipv4.tcp_syn_retries = 1
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 20480
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
net.ipv4.tcp_fin_timeout = 10
fs.file-max = 819200
net.core.somaxconn = 65535
net.core.rmem_max = 1024123000
net.core.wmem_max = 16777216
net.core.netdev_max_backlog = 165536
net.ipv4.ip_local_port_range = 10000 65535

3.1.2 生效命令

修改完/etc/sysctl.conf，记得要让它生效：

# 修改完/etc/sysctl.conf，记得要让它生效
sysctl -p

3.2 关键参数说明

• tcp_synack_retries=0：不重发 SYN+ACK，快速释放半连接；
• tcp_syncookies=1：启用 SYN Cookie 防御洪水攻击；
• file-max：系统最大文件句柄数；
• somaxconn：最大连接队列长度。

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四、网络调优：网卡绑定（Bonding）

4.1 绑定模式介绍

• mode=0：负载均衡（需交换机支持）；
• mode=1：主备模式（常用）；
• mode=4：LACP 聚合（需交换机支持）。

4.2 配置示例（主备模式）

nmcli connection add type bond ifname bond0 con-name bond0 miimon 100 mode active-backup primary ens33 ip4 192.168.1.63/24- type bond：指定创建的连接类型为 bond（网络绑定）。
- ifname bond0：设置绑定接口的名称为 bond0（实际在系统中显示的接口名）。
- con-name bond0：设置连接配置文件的名称为 bond0（方便管理的标识）。
- miimon 100：配置链路监测间隔为 100 毫秒（检测从接口是否正常）。
- mode active-backup：设置绑定模式为「主备模式」（只有主接口工作，备接口待命，故障时自动切换）。
- primary ens33：指定 ens33 为默认主接口（优先使用该接口传输数据）。
- ip4 192.168.1.63/24：为 bond0 分配静态 IPv4 地址（192.168.1.63，子网掩码 24 位）。

nmcli connection add type bond-slave ifname ens33 master bond0
nmcli connection add type bond-slave ifname ens38 master bond0- type bond-slave：指定创建的是 bond 的从接口。
- ifname ens33/ens38：将物理网卡 ens33/ens38 作为从接口加入 bond。
- master bond0：指定该从接口归属的主 bond 接口为 bond0。

配置完成后，系统将创建一个名为 bond0 的虚拟接口，由主网卡 ens33 和备网卡 ens38 组成：

• 正常情况下，所有网络流量通过主网卡 ens33 传输
• 当检测到 ens33 故障（如网线断开）时，系统会在 100 毫秒内自动切换至备网卡 ens38
• 外部设备只需访问 bond0 的固定 IP（192.168.1.63），无需感知底层物理网卡的切换

该配置方案适用于需要网络高可用的服务器环境，有效避免因单网卡故障导致的服务中断。

4.3 验证绑定状态

cat /proc/net/bonding/bond0

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总结

模块	调优手段	适用场景
CPU	nice、taskset、vmstat	高 CPU 负载、多进程调度场景
磁盘 I/O	ulimit、hdparm、dd	高并发读写、备份任务
网络	Bonding、内核参数优化	高可用、负载均衡、安全防护
内核参数	sysctl 配置调优	高并发连接、系统稳定性提升

本文档涵盖 Linux 系统性能调优的核心内容，适用于大多数服务器环境。实际使用时请根据具体硬件和业务需求灵活调整参数，建议在测试环境中验证后再应用于生产环境。