我在处理香港服务器性能问题时，总会遇到系统负载过高的情形，特别是在一些关键业务节点上。最近，我在管理一台位于香港的数据中心的Linux服务器时，就遭遇了这一问题。服务器的负载时常超过预期，导致系统响应缓慢，甚至出现了部分服务中断的情况。这篇文章将详细分享我如何通过调优内核参数，逐步解决了这一问题，并希望我的经验能够帮助大家在类似情况下更高效地诊断和解决问题。
一、问题现象
在香港的数据中心中，我的服务器配置了如下硬件：
- CPU：2颗Intel Xeon Gold 6248R处理器，24核心，48线程
- 内存：128GB DDR4 ECC
- 存储：2TB NVMe SSD (用于高IO负载)
- 网络：10Gbps网络接口
- 操作系统：CentOS 7.9 (Linux 3.10.0-1160)
这台服务器主要用于运行数据库和Web服务。在高峰时段，服务器负载经常高达20.0以上，CPU占用率接近100%。我首先通过top命令确认了系统的负载情况，确实是由于CPU过度占用和大量的I/O等待引起的。
top - 15:42:37 up 7 days, 3:42, 3 users, load average: 20.04, 18.56, 18.26
Tasks: 402 total, 1 running, 401 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 1.0 us, 2.0 sy, 0.0 ni, 97.0 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
从输出结果来看，load average显著过高，且**I/O等待（wa）**的比例达到接近100%。显然，系统存在严重的性能瓶颈。
二、初步排查
通过进一步分析，我发现系统的瓶颈主要集中在以下几个方面：
- 磁盘I/O性能：尽管服务器配置了高速的NVMe SSD，但由于大量的数据库写入操作，I/O等待时间过高，导致CPU空闲时间几乎为零。
- 内存管理：大量的数据库缓存和文件缓存占用了系统大部分的内存，导致系统无法及时响应其他任务的请求。
- 网络拥塞：网络接口的高并发请求对系统的整体性能产生了负面影响。
为了有效缓解这些问题，我决定从内核参数入手，通过调优来优化系统性能。
三、内核参数调优
Linux内核提供了丰富的参数，可以帮助我们优化系统的性能。根据我的经验，以下几个方面的内核调优对于提升性能尤为重要。
1. 调整vm.swappiness参数
vm.swappiness参数控制系统在内存不足时，内核将数据交换到交换空间（swap）的频率。默认值为60，但对于大多数Web和数据库服务器，过高的swap倾向可能会导致性能下降，尤其是在内存使用高峰期。
我将该值调整为10，减少内核对swap空间的依赖，使得系统尽可能保持内存中的数据，提高性能。
sysctl -w vm.swappiness=10
2. 调整vm.dirty_ratio和vm.dirty_background_ratio
当系统的文件缓存达到一定的内存占用时，它会将数据异步写入磁盘。vm.dirty_ratio控制了最大允许的文件缓存占用的内存比例，而vm.dirty_background_ratio控制了系统开始异步写入数据的最小内存比例。
为了减少I/O等待时间，我将vm.dirty_ratio调整为10%，将vm.dirty_background_ratio调整为5%，这样可以让系统在文件缓存较少时尽早开始写入操作，避免积压。
sysctl -w vm.dirty_ratio=10
sysctl -w vm.dirty_background_ratio=5
3. 优化TCP栈参数
对于高并发的Web应用服务器，优化TCP栈非常重要。通过调整以下参数，可以提高网络吞吐量，减少延迟：
- tcp_rmem：定义TCP接收缓冲区的最小、默认和最大值。
- tcp_wmem：定义TCP发送缓冲区的最小、默认和最大值。
- tcp_fin_timeout：定义TCP连接终止时的等待时间。
我将这些参数调整为更适合高并发的值：
sysctl -w net.ipv4.tcp_rmem="4096 87380 4194304"
sysctl -w net.ipv4.tcp_wmem="4096 65536 4194304"
sysctl -w net.ipv4.tcp_fin_timeout=30
4. 调整文件描述符限制
高负载的服务器通常会面临文件描述符不足的问题，尤其是在高并发的Web服务或数据库连接中。Linux系统有文件描述符限制，通过调整fs.file-max和ulimit参数，可以有效提高系统处理并发连接的能力。
我将fs.file-max调高至500,000，并修改ulimit设置，确保系统可以处理更多的文件描述符。
sysctl -w fs.file-max=500000
ulimit -n 500000
5. 调整内核调度器
在多核CPU环境下，合理配置内核调度器可以有效分配CPU资源，减少负载过高时的瓶颈。我修改了kernel.sched_min_granularity_ns和kernel.sched_wakeup_granularity_ns，以优化CPU调度。
sysctl -w kernel.sched_min_granularity_ns=20000000
sysctl -w kernel.sched_wakeup_granularity_ns=20000000
四、硬件和应用层的优化
内核参数调优只是解决高负载问题的一部分，硬件和应用层的优化同样至关重要。
磁盘I/O优化：我通过使用fio工具对存储设备进行了性能测试，确认NVMe SSD的读写速度已达到最大性能。我还调整了数据库配置，将写入操作改为批量提交，减少单次写入的频率，缓解了磁盘I/O压力。
内存管理：数据库的查询和缓存操作占用了大量内存，我通过增加数据库的内存限制并优化查询语句，减少了内存的占用。
网络带宽利用率：通过合理配置负载均衡器和调整Web服务器的连接池，优化了网络流量的分发，提高了网络吞吐量。
五、调优后的效果
经过一系列内核参数调优和应用层优化后，我对系统性能进行了多次压力测试，结果表明，系统的负载显著降低，I/O等待时间也减少到了一个可接受的范围，服务器的响应速度和稳定性有了明显提升。
在优化前，系统负载常常达到20.0，而调优后的负载已经降到1.5左右，I/O等待也从接近100%降到了30%左右。
我通过调整Linux内核参数，成功地将香港服务器的系统负载从过高状态恢复到了正常范围。调优内核参数是解决高负载问题的有效手段，但我们也要注意，在高负载的情况下，硬件、应用层和网络等各个方面的优化同样重要。希望我的经验能为大家提供一些实用的技术参考，帮助大家更高效地处理服务器性能问题。
