Linux CPU性能调优指南

作为IT工程师，我可以为您提供全面的Linux CPU性能调优方案。以下是系统化的调优方法和工具：

1. 监控与分析工具

基本监控命令

• top/htop：实时查看CPU使用情况
• vmstat：vmstat 1查看系统整体状态
• mpstat：mpstat -P ALL 1查看每个CPU核心的使用情况
• sar：sar -u 1 3收集系统活动报告
• perf：perf top性能分析工具

高级分析工具

• turbostat：监控CPU频率、C状态
• cpupower：监控和设置CPU频率
• numastat：NUMA内存分配统计
• strace：跟踪系统调用

2. CPU调度调优

调整调度策略

# 查看当前调度策略
chrt -p <pid>

# 设置进程为实时调度(FIFO)
chrt -f -p 99 <pid>

# 设置进程为轮转调度(RR)
chrt -r -p 99 <pid>

调整nice值

# 提高进程优先级(更低的nice值)
nice -n -10 <command>

# 修改运行中进程的nice值
renice -n -10 -p <pid>

3. CPU亲和性设置

绑定进程到特定CPU核心

# 查看进程当前CPU亲和性
taskset -p <pid>

# 设置进程CPU亲和性
taskset -c 0,2,4 <command>
taskset -c 0-3 <command>  # 绑定到前4个核心

使用cgroups限制CPU资源

# 创建cgroup
cgcreate -g cpu:/mygroup

# 限制CPU使用
cgset -r cpu.cfs_period_us=100000 mygroup
cgset -r cpu.cfs_quota_us=50000 mygroup  # 限制为50% CPU

# 将进程加入cgroup
cgclassify -g cpu:mygroup <pid>

4. 电源管理与频率调节

查看当前调节器

cpupower frequency-info

更改调节器

# 设置为性能模式(最大频率)
cpupower frequency-set -g performance

# 设置为节能模式
cpupower frequency-set -g powersave

禁用/启用CPU核心

# 禁用CPU核心
echo 0 > /sys/devices/system/cpu/cpuX/online

# 启用CPU核心
echo 1 > /sys/devices/system/cpu/cpuX/online

5. 内核参数调优

调整/proc/sys/kernel参数

# 减少上下文切换(增加时间片)
sysctl -w kernel.sched_min_granularity_ns=10000000
sysctl -w kernel.sched_wakeup_granularity_ns=15000000

# 禁用NUMA平衡(某些高负载场景)
sysctl -w kernel.numa_balancing=0

# 调整进程fork速率限制
sysctl -w kernel.threads-max=100000
sysctl -w kernel.pid_max=100000

调整swappiness

# 减少交换倾向(0-100, 0表示尽量避免交换)
sysctl -w vm.swappiness=10

6. 编译优化

使用特定CPU架构优化编译

# GCC编译时指定CPU架构
gcc -march=native -O3 -pipe -fomit-frame-pointer -o program program.c

使用PGO(Profile Guided Optimization)

# 1. 首先生成profile数据
gcc -fprofile-generate -o program program.c
./program (使用典型工作负载)

# 2. 使用profile数据重新编译
gcc -fprofile-use -o program program.c

7. 高级调优技术

使用IRQ平衡

# 安装irqbalance
apt install irqbalance

# 手动设置IRQ亲和性
echo 3 > /proc/irq/<irq_num>/smp_affinity

透明大页(THP)调优

# 查看THP状态
cat /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled

# 禁用THP(某些内存密集型应用)
echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled

调整CPU C-states

# 查看当前C-states
cpupower idle-info

# 禁用深度C-states(降低延迟)
for i in /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpuidle/state*/disable; do echo 1 > $i; done

8. 性能基准测试

常用基准测试工具

• sysbench：sysbench cpu --threads=4 run
• stress-ng：stress-ng --cpu 4 --cpu-method all -t 60s
• Phoronix Test Suite：综合测试套件

通过以上方法的组合使用，您可以根据具体应用场景对Linux系统的CPU性能进行精细调优。建议在调整前做好基准测试，每次只调整一个参数并记录效果。