《性能之巅：洞悉系统、企业与云计算》笔记——应用程序

《性能之巅：洞悉系统、企业与云计算》笔记——应用程序

作者： Brendan Gregg 第一版

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性能调整离工作所执行的地方越近越好——最好在应用程序里

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第五章 · 应用程序（Applications）

• 基础概念： 需要理解应用程序活动的上下文，包括它的职能、特征、业界的生态

  • 性能目标：延时、吞吐量、资源使用率
  • 分析应用类型：CPU密集型或I/O密集型
  • 大O标记法：

    标记法	示例
    O(1)	布尔判断
    O(log n)	顺序队列的二分查找
    O(n)	链表的线性搜索
    O(n log n)	快速排序（一般情况）
    O(n^2)	冒泡排序（一般情况）
    O(2^n)	分解质因数；指数增长
    O(n!)	旅行商人问题的穷举法

• 常用性能技术：

  • 选择合理的I/O大小
  • 使用缓存技术：提高读性能，需解决缓存一致性问题
  • 使用缓冲技术：提供写性能
  • 轮询机制：基于事件轮询，如Linux的epoll()
  • 并发和并行：使用多线程、多进程、协程技术，通过同步原语、哈希表来保障完整性与性能
  • 非阻塞I/O：协程技术
  • 处理器绑定。

• 语言与运行时：

  • 编译语言：通过编译器优化
  • 解释语言：通过打印时间戳来研究
  • 虚拟机：通过自带工具集或第三方工具
  • 垃圾回收：调整相关参数，如Java虚拟机的垃圾回收

• 方法与分析：

  • 线程状态分析：6种状态，执行（在CPU上）；可运行（等待轮到上CPU）；匿名换页（（可运行，因等待匿名换页受阻）；睡眠（等待包括网络、块设备和数据/文本换入在内的I/O）；锁（等待获取同步锁）；空闲（等待工作）
    • 执行：检查执行的是用户态还是内核态时间，剖析CPU资源消耗分析，使用top命令
    • 可执行：应用程序需要更多的CPU资源，看看是否存在资源控制，可使用perf sched工具
    • 匿名换页：使用内核的延时核算来测量（getdelay.c）
    • 睡眠：阻塞时间的测量，用pidstat -d判断、iotop观察阻塞时间
    • 锁：使用跟踪工具
  • CPU剖析：包括栈跟踪、函数采样等方法
  • 系统调用分析：
    • 断点跟踪：设置系统调用的入口和返回的断点，使用strace命令
    • 缓冲跟踪：不中断目标程序运行，数据缓冲在内核中，使用Dtrace跟踪
  • I/O剖析：检查I/O相关的系统调用执行的原因和方式，使用DTrace进行栈跟踪
  • 工作负载特征归纳：分析工作负载来验证问题
  • USE方法：可对应用程序组件中软件资源进行使用率、饱和度、错误的测量
  • 向下挖掘法：深入探究应用程序的内部操作，可使用跟踪工具
  • 锁分析：通过检查竞争、检查过长的持续时间来定位问题
  • 静态性能调优：主要关注环境配置，主要从版本、历史问题、配置参数、设计方式、运行机制、程序特征等方面

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📌 总结感悟

根据个人理解，这里的应用程序应该指运行在操作系统之上的程序，包括应用软件、中间件、程序库与算法等等，由于应用的质量依赖各种因素，我们可以先从上到下依次分解，然后再自下向上测试

应用架构分析

1. 应用组成分析，应用是属于单应用（单个程序组件）或是集成应用（由多个程序组件构成），比如一个网站由负载均衡器、web服务器、数据库、后端服务等多个程序组件构成
2. 应用类型分析，它的表现是I/O密集型还是CPU密集型，单应用能简单的看出来，而集成应用可能需要结合业务模型，不同输入或者不同操作可能是不同的表现
3. 应用生态分析，主要是了解当前版本的应用支持哪些操作？是否存在什么问题？，这些信息可能会提供额外的测试思路与方向

这一步我们需要针对应用从上到下梳理业务逻辑，找出相关的程序组件、用到的性能技术、对应的配置参数等等，即定义好我们的测试范围，另外这里能得到高楼老师提到的性能决策树中的组件清单

测试分析

1. 单应用性能技术分析，了解应用所采用的性能技术，如算法、缓存、轮询机制、并发、配置参数等方面，来指导测试数据的生成与完善
2. 确定测试方法，针对应用的环境设定、输入与负载情况，制定测试工具与脚本，并结合上一步分析，生成有效的测试输入数据

这一步我们需要针对单应用的特点，定义好我们的测试方法与策略，一般是根据数据链路的最下层开始依次向上分析，另外这里能得到高楼老师提到的性能决策树中的模块与计数器清单

性能分析

1. 对于单应用，首先要找到应用最耗时的地方，通过线程的状态、占用的资源、执行的方法、相关的系统调用来定位性能问题
2. 对于集成应用，在各单应用性能问题解决后，组合这些应用作为一个整体来进行分析，可以模拟工作负载来进行测试，找到整个链路中可优化的性能点

这一步我们先要解决单应用的瓶颈，即去掉集成应用中的性能短板，然后测试集成应用目前的性能情况是否符合当前目标，来指导后续任务进行，比如容量规划，另外这里要结合监控工具，即全局监控—>定向监控的瓶颈证据链