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弹性#xff0c;大家可以轻易的联想到橡胶#xff0c;可伸缩性是弹性机制的一个很重要的特点#xff0c;但是实际上弹性不等同于可伸缩性
弹性#xff08;Elasticity#xff09; 通常指的是系统能够自动适应负载的变化#xff0c;即自动扩展和收缩资…一、什么是弹性机制
弹性大家可以轻易的联想到橡胶可伸缩性是弹性机制的一个很重要的特点但是实际上弹性不等同于可伸缩性
弹性Elasticity 通常指的是系统能够自动适应负载的变化即自动扩展和收缩资源。可伸缩性Scalability 则侧重于系统能够通过增加或减少资源来处理更大规模的负载通常是指静态扩展或手动扩展的能力。
我们可以看出弹性强调动态响应负载波动而可伸缩性则强调在需求增长时能够提供更大的处理能力两者的概念是完全不同的。而动态调整则是系统设计中最为关键的部分。
二、常见的系统指标
既然是动态的响应必然是存在一些数据指标来反映当时系统的闲忙状态再或者说是健康状态那么常见的指标又有哪些呢 我们可以想象一下一台电脑的组成部分有哪些。从硬件部分来说的话CPU、主板、内存、硬盘磁盘、显卡、电源、散热系统、输入输出设备、网络适配器等而对常见服务器来说最核心的几个部分就是CPU、内存、硬盘、网络
1、CPU
主要是指CPU利用率我们在公司经常听到一句XXX服务器CPU爆了一般是指CPU利用率过高过高会导致计算机性能下降、响应迟缓甚至系统崩溃
通过Linux的 top 命令。我们可以看到具体的使用率是多少 相信大家对CPU并不陌生计算机在处理任务的时候都是靠CPU来处理的单核CPU一次只能处理一个任务通过时间片轮转的方式来进行任务的批量处理假设在一家工厂里只有一个工人有多个生产任务但是工人一次只能处理一个任务因此工人会先处理A一段时间再处理B一段时间这个就是时间片的轮转机制如果处理的时间足够短我们可以假设每个人任务都是在同步处理中随着现代科技的发展单核已经无法满足人们的诉求于是我们增加了工人的数量多核CPU也就出生了
多核CPU的出现大大的提高了计算机处理的效率。当任务过多工人都满负荷的时候我们就会发现很多任务都处理过慢系统于是就开始出现卡顿现象
搞IT的朋友经常会说自己是单核的无法同时处理多件事情事情只能一件件的去做但是实际上人脑是可以同时处理多件事毕竟好多人都是边吃饭边看剧或者边吃饭边聊天的所以你懂得。
上下文
再提提CPU的上下文切换成本我们都知道人在专心做一件事的时候如果突然被其他事插入再回头做之前的事我们是需要一些时间来知道之前做到哪一步的。这就是切换成本。
CPU在进行任务切换的时候也是存在切换成本的CPU 的上下文切换Context Switch 是指操作系统从一个正在运行的进程或线程切换到另一个进程或线程的过程。上下文切换是实现多任务处理和多线程并发执行的基础。通过上下文切换操作系统能够在多个进程或线程之间高效地分配 CPU 资源使得系统能够同时处理多个任务尽管每个任务并不是同时执行的。
上下文通常包括
程序计数器PCProgram Counter指向下一条将要执行的指令的地址。寄存器包括通用寄存器、堆栈指针等它们保存进程运行过程中临时使用的数据。内存映射进程的地址空间映射存储进程在内存中的数据如代码段、数据段、堆栈等。CPU 状态包含进程执行时的状态信息如条件码、控制寄存器等
上下文切换的过程
上下文切换的具体步骤通常包括以下几个
保存当前进程/线程的状态 操作系统将当前进程或线程的上下文信息如程序计数器、寄存器值、堆栈指针等保存到该进程的 进程控制块PCBProcess Control Block 中。选择下一个进程/线程 操作系统通过调度算法决定下一个将要执行的进程或线程。这可能是处于就绪队列中的某个进程或者由于某些事件例如 I/O 完成而重新获得 CPU 时间的进程。恢复下一个进程的状态 操作系统从下一个进程的 进程控制块PCB 中加载其上下文信息恢复该进程的状态包括程序计数器、寄存器、堆栈指针等。切换到新进程 CPU 会开始执行新进程的代码并且继续从新进程的程序计数器指向的地址处开始执行。
为了避免上下文切换频繁造成的性能问题操作系统会尽量减少不必要的上下文切换例如
合理分配时间片确保每个进程能够充分使用 CPU避免过多的上下文切换。优化进程调度算法采用更加智能的调度策略如优先级调度、负载均衡以减少上下文切换的次数。
核数越高理论上服务器性能越好因此在选择服务器的时候要根据实际情况选择合适的核数。
2、内存
内存的工作原理
1.1 存储和读取数据 写入CPU 在执行任务时会将需要处理的数据从硬盘加载到内存中或者直接生成数据并写入内存。 读取CPU 在需要使用数据时会从内存中读取数据。如果数据在内存中找不到操作系统会通过虚拟内 存将其从硬盘加载到内存中。
2、访问速度 内存的访问速度远高于硬盘和 SSD固态硬盘因此它在计算机系统中扮演着至关重要的角色。CPU 会尽可能地将正在运行的数据保存在内存中以减少对硬盘的访问从而提高计算效率。
内存的大小和性能
容量内存的大小决定了计算机可以同时处理多少数据和程序。通常来说内存越大计算机在同时运行多个程序时越不容易卡顿。
带宽内存的带宽指的是内存可以在单位时间内传输的数据量。内存的带宽越高计算机在执行大量数据处理任务时的效率就越高。
延迟内存访问的延迟指的是从发出请求到获取数据所需要的时间。延迟越低系统响应速度越快。
以买电脑举例内存越大电脑的性能一般越好。 这里顺便提一下 SWAP 交换空间
Swap交换空间是操作系统中的一种内存管理技术它通过将不常用的数据从 物理内存RAM临时移到硬盘上的一块区域来释放内存空间以便存放当前正在运行的任务或数据。这样即使物理内存不足操作系统也能够继续运行多个进程。 Swap 的工作原理 在现代操作系统中物理内存有限当有大量进程或程序同时运行时系统可能无法为所有进程提供足够的内存。在这种情况下操作系统会使用 swap 技术将一些暂时不需要的内存页page从物理内存中移动到硬盘上的一个特定区域称为 交换空间swap space。这样物理内存中的空间就会被释放出来供其他更活跃的进程使用。 当某个被交换到硬盘的数据再次需要时操作系统会将其从硬盘中交换回内存并将当前不需要的数据移到硬盘中。这一过程叫做 交换swapping。 Swap 的优缺点 优点 缓解内存不足问题当物理内存不足时swap 使得系统仍然可以继续运行即使没有足够的 RAM。 提高系统的稳定性通过 swap操作系统可以避免由于内存耗尽而导致的程序崩溃或系统挂起。 增强系统的多任务能力通过交换机制操作系统可以让更多的程序并发运行即使它们的内存需求总和超过了物理内存容量。缺点 性能下降硬盘的读写速度远远慢于内存的速度。当数据被交换到硬盘后读取这些数据的速度变得非常慢导致系统性能显著下降。尤其是当系统频繁地进行交换时即发生 交换抖动 或 thrashing性能会大幅度下降。 硬盘寿命问题交换操作会增加硬盘的读写负载尤其是对于固态硬盘SSD频繁的交换可能会影响硬盘的寿命。因为 SSD 有写入次数的限制频繁写入 swap 文件可能导致 SSD 损耗。 更高的延迟由于 swap 操作依赖于硬盘访问交换空间的延迟比访问物理内存要高得多。系统在进行 swap 时可能会出现 卡顿 或 延迟尤其是在高负载情况下。 Swap 的使用场景 内存不足的情况当系统物理内存不足时swap 可以用来避免程序崩溃或系统崩溃。在此情况下操作系统将不活跃的进程移到交换空间以释放内存供更活跃的进程使用。高负载情况下的内存管理在服务器或工作站中尤其是运行多个大型应用或虚拟化环境时系统可能需要比物理内存更多的内存来保持系统的稳定性。此时swap 可以作为一种后备机制来防止系统崩溃。嵌入式系统或轻量级系统一些嵌入式操作系统或轻量级 Linux 系统可能配置 swap 来处理突发的内存需求尽管它们的物理内存较小。
我们通过内存的使用量作为指标可以清晰的知道服务器目前的状态。
3、磁盘
常见的磁盘类型包括 硬盘驱动器HDD、固态硬盘SSD、以及 光盘、软盘 等。磁盘通常用于长期存储操作系统、程序文件、文档、媒体文件等数据。其主要功能是提供非易失性存储即即使电源关闭存储的数据也能长期保持。
机械硬盘HDD
工作原理HDDHard Disk Drive是一种传统的磁性存储设备它通过旋转的磁盘盘片和读写磁头来存取数据。数据存储在磁盘的不同区域磁道上读写磁头则在这些磁道上方快速移动读取或写入数据。特点 容量大HDD 通常有很大的存储容量可以达到几百 GB 到数 TB。 较慢的读写速度由于机械结构的限制HDD 的数据访问速度较慢。 价格便宜相对于 SSDHDD 的每 GB 价格较低适合需要大量存储空间但对速度要求不高的场景。 易受震动影响HDD 中的移动部件较多因此较易受外部震动影响可能导致数据丢失或硬盘损坏。
固态硬盘SSD
工作原理SSDSolid-State Drive是利用闪存技术NAND Flash存储数据的一种硬盘不依赖机械部件。SSD 将数据存储在固态存储芯片中可以快速进行数据读写。特点 读写速度快由于没有机械部件SSD 提供比 HDD 更快的读写速度通常在启动系统、加载程序或处理大型文件时速度有显著提升。 耐用性强SSD 不依赖移动部件因而比 HDD 更耐用抗震动能力更强。 功耗低SSD 的功耗较低尤其适合笔记本电脑等对电池续航有要求的设备。 价格较高相对于 HDDSSD 的每 GB 存储成本较高因此其大容量 SSD 价格更贵。
混合硬盘SSHD
工作原理SSHDSolid-State Hybrid Drive是结合了 SSD 和 HDD 特性的硬盘。它包含一个较小的闪存部分用于高速缓存以及一个传统的机械硬盘用于大容量存储。特点 较好的性能与价格平衡相比纯 HDDSSHD 提供了较好的性能同时比 SSD 便宜。 性能有限虽然结合了 SSD 的快速缓存但整体性能仍不如全 SSD。
光盘CD、DVD、Blu-ray
工作原理光盘如 CD、DVD、Blu-ray使用激光束在盘面上读取和写入数据。光盘广泛用于数据备份、分发软件和媒体内容。特点 容量小CD 一般容量为 700 MBDVD 容量为 4.7 GBBlu-ray 可达 25 GB 或更高。 便携性光盘的便携性较强但相比于其他存储介质读写速度较慢。
软盘
工作原理软盘是一种较为古老的磁性存储介质主要用于较小的数据存储。数据通过磁头在盘片上进行读写。特点 容量小3.5 英寸的软盘通常只有 1.44 MB。 过时由于容量小、速度慢软盘现已被现代存储技术淘汰。
外部存储设备
外接硬盘和固态硬盘通过 USB、Thunderbolt 等接口与计算机连接的外部存储设备。外部硬盘HDD 或 SSD可以用作便携存储、备份、数据迁移等。 U盘基于闪存的便携存储设备适合存储和转移小量数据。容量从几 GB 到 1 TB 不等。
磁盘的性能指标 容量磁盘的容量决定了它能存储的数据量。常见的磁盘容量从几百 GB 到几个 TB甚至更大。选择磁盘时容量是一个重要的考虑因素尤其是在存储大量数据的场景下。 转速仅限 HDD 5400 RPM较低的转速常见于笔记本硬盘较为节能但性能较差。 7200 RPM较高的转速通常用于桌面硬盘性能更好读写速度更快。 数据传输速率
HDD由于机械部件的限制HDD 的数据传输速率通常较低通常在 100 MB/s 左右。 SSDSSD 提供的读写速度通常较高可以达到 500 MB/s 到几 GB/s特别是 NVMe SSD基于 PCIe 接口可以提供更高的速度。 访问时间Latency
HDD访问时间受限于磁头的寻址速度通常较慢。 SSD由于没有机械部件SSD 的访问时间非常短几乎是即时的。 寿命
HDDHDD 的寿命受到机械部件磨损的影响长时间使用可能会发生故障。 SSDSSD 的寿命由其闪存芯片的写入次数决定但现代 SSD 的寿命已大大提高一般足以满足日常使用。
常见的磁盘主要就是机械硬盘下图和固态硬盘。 机械硬盘是通过磁性材料和机械运动来存取数据。HDD 的工作原理与磁带的原理相似通过磁头在旋转的磁盘上读取和写入数据。所以速度是比较慢的。但是价格比较便宜。一般来说我们在买电脑的时候都是SSDHDD把SSD当做系统盘。HDD当做普通盘。这样来说性价比最高。
常用的磁盘监控主要监控的是磁盘 I/O 性能Disk I/O Performance以及磁盘的使用率。
当存在磁盘大量读写的任务时磁盘的IO使用率会大大增大因为磁盘的读写本身比较慢所以此时的系统性能相对比较差。而磁盘如果满了也无法在写入数据常见的就是日志文件过多导致文件写入失败数据库磁盘满了也会导致数据库写入失败要写日志文件因此关注磁盘的IO以及磁盘的使用量也是服务器的数据指标。
三、网络
上行网络和下行网络
上行网络和下行网络是描述数据在网络中传输方向的术语通常用于区分数据从用户到服务器上行与从服务器到用户下行的流向。这两个概念在很多网络应用中具有重要意义尤其是在互联网、移动通信和宽带服务中。
上行网络Uplink
定义上行网络是指数据从客户端如用户设备、计算机或手机发送到网络或服务器的过程。简单来说就是数据上传的方向。
常见应用
上传文件比如将图片、视频等文件从用户设备上传到云存储或社交媒体。视频通话在视频通话过程中从用户的摄像头捕捉到的视频数据通过上行链路传输给对方。游戏数据在线多人游戏中玩家的输入和操作数据需要上传到游戏服务器。 速度上行速度指的是从用户设备到网络或服务器的数据传输速率。与下行速度相比上行速度通常较低尤其在家庭宽带中。
影响因素
带宽限制宽带服务提供商通常提供较低的上行带宽限制了用户上传的速率。网络设备无线路由器、网络卡等设备的性能会影响上行速度。网络拥塞多个用户或应用争用同一网络资源时可能会降低上行速度。
下行网络Downlink
定义下行网络是指数据从网络或服务器传输到客户端如用户设备、计算机或手机的过程。简单来说就是数据下载的方向。
常见应用
网页浏览用户从服务器下载网页内容如文字、图片、视频等。视频流媒体例如从 YouTube、Netflix 等平台流媒体视频内容到用户设备。软件下载从互联网下载文件或应用程序。速度下行速度指的是从服务器或网络到用户设备的数据传输速率。一般来说宽带网络的下行带宽较上行带宽大因此下载速度通常较快。
影响因素
带宽大小互联网服务提供商提供的下行带宽决定了用户可以下载数据的最大速率。网络拥塞与上行类似网络拥塞或路由器性能差都会影响下行速度。服务器负载服务器的负载情况也会影响数据的传输速度。如果服务器响应缓慢可能会导致下载速度变慢。
网络带宽
在大多数网络通信中下行速度通常高于上行速度这也反映了大多数互联网应用的流量模式用户更多的是从网络接收数据如观看视频、浏览网页而上传数据的需求相对较少。举例来说家庭宽带服务通常提供 100 Mbps 的下行速度而上行速度可能只有 10 Mbps 或更低。我们一般装宽带也只关注下行速度。
这里提个大家常见的误区百兆带宽下载速率真的有一百吗
网络带宽我们通常以以下单位表示 比特每秒bpsbits per second 千比特每秒KbpsKilobits per second 兆比特每秒MbpsMegabits per second 吉比特每秒GbpsGigabits per second
1Mbps兆比特每秒 代表的是每秒钟网络最多可以传输 1,000,000 位比特数据。1 Mbps 1,000 Kbps千比特每秒。 这里的误区主要是因为单位的问题一个是比特b)一个是字节(B)1个字节等于8个比特。当然由于各种奇奇怪怪的原因网络拥塞、延迟、丢包、协议开销等实际上下载速率还要打折百兆带宽实际的下载速率大概是8 MB/sec 到 11 MB/sec 之间。
我们可以发现带宽对网络数据传输有着很重要的作用。我们如果把网络当做一条高速公路的话高速公路的车道越多理论上单位时间能通过的车辆就越多。也不容易堵车网络隐塞从而吞吐量也能增加。
因此监控网络的传输速率也是十分重要的数据指标之一。看待性能问题的时候一定也要关注网络避免评估不到位。
三、总结
服务器的性能指标用于衡量服务器在处理不同任务时的效率和能力。不同的应用场景和需求可能关注不同的性能指标但通常来说服务器性能的评估会考虑以下几个关键指标
CPU 性能指标
CPU 使用率CPU Utilization 这是最常见的性能指标表示 CPU 的当前使用情况。CPU 使用率过高可能意味着系统负载过重进程竞争 CPU 资源。可以通过 top、vmstat 或 sar 等工具监控。CPU 负载Load Average 表示系统队列中等待执行的进程数量。一般情况下负载值等于 CPU 核心数时表示合理的负载如果负载超过核心数则表示系统过载。 在 Linux 系统中可以通过 uptime 或 top 查看。时钟频率Clock Speed CPU 的时钟频率以 GHz 为单位决定了 CPU 每秒钟能完成多少次操作。虽然时钟频率越高处理能力越强但也与 CPU 架构、核心数量、缓存等因素相关。核心数Cores和线程数Threads 多核处理器可以提高并行处理能力使服务器能够同时处理多个任务。线程数通过超线程技术实现进一步增强了处理能力。指令集架构ISAInstruction Set Architecture CPU 支持的指令集决定了其计算能力和适用的任务类型。常见的有 x86、x86_64、ARM 等架构。
内存性能指标
内存使用率Memory Utilization 监控系统内存的使用情况。内存不足时系统可能会开始使用交换空间swap导致性能下降。内存带宽Memory Bandwidth 表示内存与 CPU 之间传输数据的速率通常以 GB/s 为单位。高内存带宽有助于提高数据传输速率特别是在内存密集型应用如大数据处理、数据库中。内存延迟Memory Latency 内存访问的延迟是指从发出内存请求到收到数据的时间。较低的内存延迟可以显著提升性能尤其是在需要频繁访问内存的数据密集型任务中。内存容量Memory Capacity 服务器的总内存大小决定了它能够处理的数据量。对于内存密集型应用如虚拟化、大型数据库、缓存等内存容量尤为重要。
磁盘性能指标
磁盘 I/O 性能Disk I/O Performance 服务器的磁盘 I/O 性能决定了其处理大量数据时的效率常通过以下指标来评估 读/写速率Throughput表示磁盘每秒能够读取或写入的数据量通常以 MB/s 或 GB/s 为单位。I/O 操作次数IOPSInput/Output Operations Per Second衡量磁盘每秒钟能处理多少次读写操作。高 IOPS 对于需要频繁磁盘操作的应用如数据库、虚拟化尤为重要。延迟Latency磁盘操作的延迟通常以毫秒ms为单位。低延迟的磁盘能够更快速地响应 I/O 请求。磁盘类型Disk Type 磁盘的类型直接影响性能。常见的磁盘类型有 HDD机械硬盘低成本、大容量但读写速度较慢。 SSD固态硬盘速度快、延迟低适合高性能需求但成本较高。 NVMe基于 PCIe 接口的 SSD提供更高的带宽和更低的延迟适用于高端服务器。磁盘阵列RAID配置 使用 RAID 技术可以提高磁盘的性能和容错能力常见的 RAID 配置有 RAID 0条带化、RAID 1镜像、RAID 5分布式奇偶校验等。
网络性能指标
带宽Bandwidth 网络带宽是指每秒钟能够传输的数据量通常以 Mbps 或 Gbps 为单位。高带宽对于大数据传输、视频流等应用至关重要。网络延迟Latency 网络延迟是指从数据发送到接收的时间。低延迟对实时应用如 VoIP、在线游戏等非常重要。丢包率Packet Loss 丢包率表示网络中丢失的数据包的百分比。较高的丢包率可能导致通信不稳定影响服务质量。吞吐量Throughput 吞吐量表示在单位时间内实际传输的数据量通常比带宽更能反映网络的实际性能。吞吐量受网络质量、路由器性能、丢包等因素影响。TCP/UDP 性能 TCP 性能主要与延迟、带宽和连接数相关而 UDP 性能则更加关注数据包丢失和时延通常用于实时性要求较高的应用。
系统负载和响应时间
系统负载System Load 系统负载通常通过负载平均值来衡量表示系统中活动的进程数量。如果负载过高可能导致 CPU 或 I/O 资源瓶颈。响应时间Response Time 响应时间表示从发起请求到接收到响应的时间。低响应时间是提高用户体验的重要因素特别是在 Web 服务、API 请求等场景中。并发连接数Concurrency 表示系统能够处理的同时连接的数量通常与 Web 服务器、数据库等高并发服务的能力相关。 load average: 56.31, 55.92, 56.03是系统一定时间内的平均负载分别是1分钟、5分钟、15分钟。
内容还有好多。慢慢写吧。
