Як оптимізувати ваш Linux сервер для високопродуктивних додатків?

Запуск високопродуктивних додатків на Linux
вимагає більше, ніж потужне обладнання; це вимагає ретельного налаштування операційної системи,
параметрів ядра та програмного стеку. Правильна оптимізація забезпечує нижчу затримку, вищу пропускну здатність
та покращену надійність, що є критично важливим при хостингу баз даних, веб-додатків або обчислювальних
навантажень у великому масштабі.

Зберігайте систему стрункою

Високопродуктивний сервер повинен виконувати лише необхідні служби. Додаткові демони споживають цикли ЦП, пам’ять та I/O
пропускну здатність, зменшуючи ресурси, доступні для критичних навантажень. Почніть з аудиту увімкнених системних служб:

systemctl list-unit-files --state=enabled

Вимкніть непотрібні служби, такі як Bluetooth, системи друку або демони автоматичного виявлення:

systemctl disable bluetooth.service
systemctl disable cups.service
systemctl disable avahi-daemon.service

Залиште лише незамінні компоненти, такі як SSH, служби брандмауера, агенти моніторингу та демони додатків.
Це мінімізує як накладні витрати на продуктивність, так і поверхню атаки.

Оптимізуйте планування ЦП

Linux за замовчуванням використовує повністю справедливий планувальник (CFS), балансуючи час ЦП між процесами. Для чутливих до затримки
або реального часу навантажень розгляньте:

• Регулювання пріоритетів процесів за допомогою
  renice
  :

  renice -n -10 -p <PID>

• Призначення планування реального часу за допомогою
  chrt
  :

  chrt -f 99 <command>

• Прив’язка процесів до конкретних ядер ЦП:

  taskset -c 0-3 <command>

Ці методи покращують передбачуваність ЦП та зменшують варіацію затримки для навантажень, таких як бази даних, VoIP,
або потокові додатки.

Налаштуйте управління пам’яттю

Ефективне використання пам’яті є критично важливим для продуктивності:

• Зменште свопінг:

  sysctl -w vm.swappiness=10

• Регулюйте тиск кешу файлової системи:

  sysctl -w vm.vfs_cache_pressure=50

• Налаштуйте HugePages (і обробляйте THP окремо):

  sysctl -w vm.nr_hugepages=1024

• Контролюйте перевитрату пам’яті:

  sysctl -w vm.overcommit_memory=1

Зберігайте ці налаштування в

Покращте продуктивність диска та I/O

Диск I/O часто є основним вузьким місцем для високопродуктивних додатків.

• Виберіть правильний планувальник I/O (SSD:
  none
  або
  mq-deadline
  ):

  echo none > /sys/block/sda/queue/scheduler

  Примітка: на системах з blk-mq планувальники налаштовуються під

  /sys/block/<device>/mq/

  .
• Монтуйте з орієнтованими на продуктивність параметрами:

  mount -o noatime,nodiratime /dev/sda1 /data

• Використовуйте високопродуктивні файлові системи:
  XFS для навантажень з високою конкуренцією, ext4, налаштовану для пропускної здатності.
• Розгляньте RAID:
  RAID 10 для баз даних, RAID 0 для тимчасових обчислювальних навантажень.

Оптимізація мережевого стеку

Високопродуктивні та мережеві додатки вимагають налаштування стеку TCP/IP:

• Збільшіть кількість файлових дескрипторів:

  ulimit -n 65535

  Зробіть це постійним, редагуючи

  /etc/security/limits.conf

  .
• Збільшіть розміри буферів TCP:

  sysctl -w net.core.rmem_max=268435456
  sysctl -w net.core.wmem_max=268435456
  sysctl -w net.ipv4.tcp_rmem="4096 87380 268435456"
  sysctl -w net.ipv4.tcp_wmem="4096 65536 268435456"

• Увімкніть TCP Fast Open:

  sysctl -w net.ipv4.tcp_fastopen=3

• Увімкніть балансування IRQ (зазвичай для багатоядерних NIC):

  systemctl enable irqbalance
  systemctl start irqbalance

  Примітка: для мереж з ультранизькою затримкою (навантаження DPDK) irqbalance часто вимкнено, а IRQ закріплюються вручну.
• Налаштуйте додаткові параметри ядра:
  
  net.core.netdev_max_backlog
  , RSS/RPS для балансування обробки пакетів між ядрами.

Налаштування ядра та системи

Сучасні додатки виграють від глибших налаштувань ядра:

• Збільшіть обмеження спільної пам’яті:

  sysctl -w kernel.shmmax=68719476736
  sysctl -w kernel.shmall=4294967296

• Підвищте максимальну кількість відкритих файлових дескрипторів:

  sysctl -w fs.file-max=2097152

• Використовуйте cgroups та простори імен:
  Виділяйте та ізолюйте ресурси в контейнеризованих або багатокористувацьких середовищах.
• Розгляньте ядра з низькою затримкою:
  PREEMPT_RT для екстремальної чутливості (торгівля, телекомунікації).

Оптимізація на рівні додатків

Налаштування на системному рівні повинні доповнюватися специфічними для додатків коригуваннями:

• Бази даних (MySQL/PostgreSQL): налаштуйте буферні пул, контрольні точки, кешування, пул з’єднань.
• Веб-сервери (Nginx/Apache): налаштуйте робітників, keepalive, кешування, стиснення.
• Java: налаштуйте розміри купи, використовуйте G1GC/ZGC, регулюйте прапори JVM.
• Віртуалізація: налаштуйте I/O та мережу гіпервізора, обережно виділяйте vCPU/vRAM.

Моніторинг та бенчмаркінг

Оптимізація є ефективною лише за умови вимірювання.

• Моніторинг в реальному часі з
  htop
  ,
  iotop
  та
  vmstat
  .
• Бенчмаркінг системних компонентів:
  • ЦП та бази даних з
    sysbench
    .
  • Диск з
    fio
    .
  • Пропускна здатність мережі з
    iperf3
    .
• Впровадьте безперервний моніторинг з Prometheus та візуалізуйте метрики з Grafana.

Регулярний аналіз тенденцій продуктивності та даних журналу допомагає виявляти регресії та підтверджувати покращення.

Висновок

Оптимізація Linux сервера для високопродуктивних додатків вимагає комплексного підходу: усунення
необхідних служб, налаштування ЦП та пам’яті, оптимізація зберігання та мережі, а також налаштування додатків
з урахуванням продуктивності. Завдяки ітеративному бенчмаркінгу та моніторингу ці вдосконалення перетворюють сире обладнання
на передбачувану, низькозатратну та надійну продуктивність, забезпечуючи можливість запуску вимогливих навантажень у великому масштабі
без компромісів.