一、内核参数优化：系统性能的基石

内核参数直接影响Linux系统的资源分配与任务调度效率，合理配置可显著提升系统吞吐量。

1.1 文件描述符与进程限制

文件描述符（File Descriptor）是系统资源管理的核心指标。默认限制过低会导致高并发场景下进程无法创建新连接。通过修改/etc/security/limits.conf文件，可全局调整限制：

* soft nofile 65535
* hard nofile 65535
* soft nproc 4096
* hard nproc 4096

同时，在/etc/sysctl.conf中添加fs.file-max = 100000以提升系统级文件描述符上限。重启后需通过ulimit -n验证配置是否生效。

1.2 虚拟内存管理优化

虚拟内存参数需根据应用类型调整。对于内存密集型应用（如数据库），建议关闭透明大页（Transparent Huge Pages）以减少内存碎片：

echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled

在/etc/sysctl.conf中配置vm.swappiness=10，降低内核使用交换分区的倾向，避免因频繁交换导致的性能波动。

1.3 CPU调度策略优化

对于实时性要求高的应用，可通过chrt命令调整进程调度策略。例如，将关键进程设为SCHED_FIFO优先级：

chrt -f 99 ./high_priority_process

同时，在内核参数中启用CONFIG_PREEMPT选项，减少任务调度延迟。

二、I/O调度策略优化：存储性能的关键

I/O调度器直接影响磁盘读写效率，不同场景需选择适配的调度算法。

2.1 调度算法选择

• CFQ（完全公平队列）：适合桌面环境，通过时间片分配保证公平性。
• Deadline：适用于数据库等延迟敏感型应用，强制I/O请求在截止时间内完成。
• NOOP：适用于SSD或虚拟化环境，最小化调度开销。

修改方法：

echo deadline > /sys/block/sdX/queue/scheduler

其中sdX为目标磁盘设备名。

2.2 磁盘缓存策略优化

通过/proc/sys/vm/目录下的参数调整磁盘缓存行为：

• dirty_background_ratio=5：当脏页占比达5%时，后台线程开始回写。
• dirty_ratio=10：当脏页占比达10%时，阻塞进程写入直至回写完成。
• dirty_expire_centisecs=3000：脏页存活时间超过30秒后强制回写。

2.3 RAID与LVM配置优化

对于RAID阵列，需根据条带大小（stripe size）调整I/O请求大小。例如，RAID5的条带大小为64KB时，应用层应使用dd命令以64KB为单位读写：

dd if=/dev/zero of=/dev/sdX bs=64K count=1000

LVM卷组需预留10%空间作为扩展缓冲区，避免因空间不足导致的性能下降。

三、内存管理优化：避免资源争用

内存管理不当会导致频繁的页面交换（page swap）和OOM（Out of Memory）错误。

3.1 内存分配策略调整

在/etc/sysctl.conf中配置以下参数：

• vm.overcommit_memory=2：严格检查内存申请，避免过度分配。
• vm.overcommit_ratio=80：允许系统使用80%的物理内存作为可分配上限。

对于NUMA架构服务器，启用numactl绑定进程到特定CPU节点：

numactl --cpunodebind=0 --membind=0 ./memory_intensive_app

3.2 缓存回收机制优化

调整kswapd线程的回收阈值：

• vm.min_free_kbytes=1048576：保留1GB内存作为紧急缓冲区。
• vm.vfs_cache_pressure=200：加速回收目录项和inode缓存。

3.3 大页内存（HugePages）配置

对于Oracle、MySQL等数据库应用，启用大页内存可减少TLB（转换后备缓冲器）缺失：

echo 2048 > /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages

并在/etc/security/limits.conf中添加：

oracle soft memlock 1073741824
oracle hard memlock 1073741824

四、网络性能优化：降低延迟与丢包

网络配置不当会导致高延迟、丢包和吞吐量瓶颈。

4.1 缓冲区大小调整

在/etc/sysctl.conf中配置以下参数：

• net.core.rmem_max=16777216：接收缓冲区最大值16MB。
• net.core.wmem_max=16777216：发送缓冲区最大值16MB。
• net.ipv4.tcp_rmem="4096 87380 16777216"：TCP接收缓冲区自动调优范围。
• net.ipv4.tcp_wmem="4096 16384 16777216"：TCP发送缓冲区自动调优范围。

4.2 拥塞控制算法选择

根据网络环境选择适配的拥塞控制算法：

• Cubic：默认算法，适用于高带宽长延迟网络。
• BBR：谷歌开发的算法，通过测量瓶颈带宽和RTT优化吞吐量。
• Reno：传统算法，适用于低带宽网络。

修改方法：

echo cubic > /proc/sys/net/ipv4/tcp_congestion_control

4.3 端口范围与连接数优化

扩大临时端口范围以支持高并发连接：

echo "1024 65535" > /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range

同时，调整TCP连接跟踪表大小：

echo 524288 > /proc/sys/net/netfilter/nf_conntrack_max

五、实战案例：数据库服务器调优

以MySQL为例，综合应用上述优化策略：

1. 内核参数：设置vm.swappiness=1，fs.file-max=200000。
2. I/O调度：将数据盘调度器改为deadline。
3. 内存管理：启用1GB大页内存，绑定MySQL进程到NUMA节点0。
4. 网络配置：使用BBR拥塞控制算法，扩大端口范围至32768 60999。

调优后，TPS（每秒事务数）提升40%，查询延迟降低60%。

六、监控与持续优化

优化后需通过工具持续监控系统状态：

• sar：采集CPU、内存、I/O等历史数据。
• vmstat：实时查看进程、内存、交换分区使用情况。
• iostat：分析磁盘I/O负载与调度效率。
• netstat：监控网络连接状态与端口使用。

根据监控结果动态调整参数，形成“优化-监控-再优化”的闭环。

总结

Linux系统性能优化需结合硬件特性、应用场景与业务需求，通过内核参数、I/O调度、内存管理和网络配置的综合调优，实现资源利用率与系统响应速度的平衡。开发者应掌握参数调整的原理与方法，避免盲目配置，同时建立完善的监控体系，确保系统长期稳定运行。