《Java Performance》笔记1——性能分析基础 2

4.内存使用率：

内存使用率的相关属性包括页面调度或页面交换、加锁、线程迁移中的让步式和抢占式上下文切换。

当应用运行所需的内存超过可用物理内存时，就会发生内存页面交换，系统在进行页面交换或使用虚拟内存时，应用会表现出明显的性能问题。为了应对这种可能出现的情况，通常要为系统配置swap空间，swap空间一般会在一个独立的磁盘分区上，当应用耗尽物理内存时，操作系统会将应用中最少运行的部分置换到磁盘上的swap空间，当访问应用被置换出去的数据时，就必须将它从磁盘置换进物理内存，而这种置换活动会对性能产生很大的影响，尤其是应用的响应性和吞吐量。

让步式上下文切换是指执行线程主动释放CPU，抢占式上下文切换是指线程因为分配的时间片用尽而被迫放弃CPU或被其他优先级更高的线程所抢占。

Java5之后的JVM增加了自旋锁优化机制，即线程通过忙循环自旋尝试获得锁，如果若干次忙循环自旋之后仍然没有成功，则挂起该线程，等待被唤醒再次尝试获取该锁。挂起和唤醒线程会导致操作系统的让步式上下文切换，因此锁竞争激烈的应用会表现出大量的让步式上下文切换，让步式上下文切换耗费的CPU时钟周期代价非常高(通常高达大约80000个时钟周期)。锁竞争监控一般性原则是，如果让步式上下文切换占去5%或更多可用时钟周期时，说明它遇到了锁竞争。

线程迁移是指待运行的线程在处理器之间迁移，大多数操作系统的CPU调度程序会将待运行线程分配给上次它运行的虚拟处理器，如果这个虚拟处理器忙，则调度程序就会将待运行线程迁移到其他可用虚拟处理器。线程迁移会因为新的虚拟处理器缓存中可能没有待运行线程所需的数据或状态信息而导致应用性能下降。多核系统上运行应用可能会发生大量的线程迁移，减少迁移的策略是创建处理器组并将应用分配给这些处理器组。

(1).Windows 内存使用率监控：

typeperf可以监控内存使用率，下面命令每隔5秒钟输出可用内存和页面调度：

typeperf -si 5 “\Memory\Available Mbytes” “\Memory\Pages/sec”

Windows内置的工具难以监控锁竞争，Windows的性能计数器可用监控上下文切换，但无法区分让步式和抢占式上下文切换，因此需要外部工具，如Intel VTune或AMD CodeAnalyst。

(2).Linux内存使用率监控：

Linux中可以使用vmstat命令监控内存使用率，vmstat输出的si表示内存页面换入量，so表示内存页面换出量，free表示可用的空闲内存。

Linux中可以使用sysstat包中的pidstat命令监控锁竞争，使用如下命令可以监控所有虚拟处理器的让步式上下文锁竞争：

pidstat -w

pidstat -w命令输出的cswch/s是让步式上下文切换。

若处理器为3.0GHz的CPU，通过pidstat -w命令监控发现共发生了1750次让步式上下文切换，则让步式上下文切换所浪费的时钟周期比例=1750*80000/3000000000=4.7%.

5.网络I/O使用率：

分布式应用的性能和扩展性受限于网络带宽或网络的I/O，例如若发送到系统网络接口硬件的消息量超过了它的处理能力，消息就会进入操作系统的缓冲区，从而导致应用延迟等。

(1).Linux网络I/O监控：

A.netstat或sysstat：

可以提供每秒发送和接收的包数，包括错误和冲突的包，但是不能提供网络使用率。

B.nicstat：

源码可以从http://sourceforge.net/projects/nicstat/files/下载，使用前需要编译。命令格式如下：

nicstat [-hnsz] [-i interface[,.....]] | [interval] [count]

其中-h是显示帮助信息，-n仅显示非本地接口，-s显示概要信息，-z跳过0值，-i interface是网络接口设备名，interval是报告输出的频率，count是报告的采样数。输出的%Util列就是网络使用率。

(2).Windows网络I/O监控：

Windows上监控网络I/O需要知道被监控网络接口的带宽和网络接口传递的数据量。

网络接口每秒传递的字节数可以通过typeperf -si 5 “\Network Interface(*)\Bytes Total/sec” 获得，单位是bytes/s。

网络带宽可以通过typeperf -si 5 “\Network Interface(*)\Current Bandwidth” 获得，单位是bit/s。

网络使用率=Bytes Total/sec/(Current Bandwidth / 8) * 100

或

网络使用率=(Bytes Total/sec * 8)/Current Bandwidth * 100

网络使用率提高的策略是使用非阻塞的网络I/O代替阻塞的网络I/O，对于非阻塞网络I/O在读请求时尽可能地多读取数据，在写请求时尽可能地多写入数据。

6.磁盘I/O使用率

对于频繁进行磁盘I/O的应用，如数据库、日志等，磁盘I/O对性能有着至关重要的影响。

Linux磁盘I/O监控：

Linux上安装sysstat包之后可以使用iostat命令监控磁盘，命令为：iostat -xm，输出的%util列就是磁盘I/O使用率。

改善磁盘I/O使用率策略：

(1).使用更快的存储设备。

(2).文件系统扩展到多个磁盘。

(3).使用操作系统缓存，开启磁盘缓存。