技巧：优化Linux系统硬盘

    在Windows系统中，磁盘碎片是一个常见的问题，如果不注意，系统性能可能被侵蚀。Linux使用第二扩展文件系统(ext2)，它以一种完全不同的方式处理文件存储。Linux没有Windows系统中发现的那种问题，这使得许多人认为磁盘碎片化根本不是一个问题。但是，这是不正确的。

    所有的文件系统随着时间的推移都趋向于碎片化。Linux文件系统减少了碎片化，但是并没有消除。由于它不经常出现，所以对于一个单用户的工作站来说，可能根本不是问题。然而在繁忙的服务器中，随着时间的过去，文件碎片化将降低硬盘性能，硬盘性能只有从硬盘读出或写入数据时才能注意到。下面是优化Linux系统硬盘性能的一些具体措施。

    一、清理磁盘

    这种方法看上去很简单：清理磁盘驱动器，删除不需要的文件，清除所有需要被保存但将不被使用的文件。如果可能的话，清除多余的目录，并减少子目录的数目。这些建议似乎显而易见，但是你会惊讶地发现，每个磁盘上确实积累了非常多的垃圾。释放磁盘空间可以帮助系统更好地工作。

    二、整理磁盘碎片

    Linux系统上的磁盘碎片整理程序与Windows 98或Windows NT系统中的磁盘碎片整理程序不同。Windows 98引入FAT 32文件系统，虽然运行Windows 98不必转换为FAT 32文件系统。Windows可以被设置为使用FAT或一个叫NTFS的增强文件系统。所有这些文件系统以本质上相同的方式处理文件存储。

    Linux最好的整理磁盘碎片的方法是做一个完全的备份，重新格式化分区，然后从备份恢复文件。当文件被存储时，它们将被写到连续的块中，它们不会碎片化。这是一个大工作，可能对于像/usr之类不经常改变的程序分区是不必要的，但是它可以在一个多用户系统的/home分区产生奇迹。它所花费的时间与Windows NT服务器磁盘碎片整理花费的时间大致上相同。

    如果硬盘性能仍不令人满意，还有许多其它的步骤可以考虑，但是任何包含升级或购买新设备的硬件解决方案可能会是昂贵的。

    三、从IDE升级到SCSI

    如果你的硬盘是一个IDE驱动器，可以通过升级到SCSI驱动器获得更好的整体性能。因为IDE控制器必须访问CPU，CPU和磁盘密集型操作可能变得非常缓慢。SCSI控制器不用通过CPU处理读写。当IDE驱动器在读或写时，用户可能会因为CPU周期被IDE驱动器占用而抱怨系统的缓慢。

    获取更快的控制器和磁盘驱动器

    标准的SCSI控制器不能比标准的IDE控制器更快地读写数据，但是一些非常快的“UltraWide”SCSI控制器能够使读写速度有一个真正的飞跃。

    EIDE和UDMA控制器是非常快的IDE控制器。新的UDMA控制器能够接近SCSI控制器的速度。UDMA控制器的顶级速度是猝发速度，但持续传输的速度明显慢得多。IDE控制器包括UDMA，是嵌入在驱动器本身中的。不需要购买一个控制器，只要购买一个驱动器，它就包含了控制器，可以获得UDMA性能。

    磁盘驱动器经常忽视的一个方面是磁盘本身的速度。磁盘的速度以rpm为单位给出，它代表每分钟旋转多少次。rpm越大，磁盘速度也越快。如果你有这方面的预算，大多数服务器系统厂商可提供7500rpm甚至10000rpm SCSI磁盘。标准SCSI和IDE磁盘提供5400rpm速度。

    四、使用多个控制器

    IDE和SCSI磁盘可以被链接。IDE链最多包括两个设备，标准SCSI链最多包括七个设备。如果在系统中有两个或更多SCSI磁盘，很可能被链接到同一个控制器。这样对大多数操作是足够的，尤其是把计算机当作单用户的工作站时。但是如果有一个服务器，那么就能够通过对每个SCSI驱动器提供一个控制器改善性能。当然，好的控制器是昂贵的。

    五、调整硬盘参数

    使用hdparm工具可以调整IDE硬盘性能，它设计时专门考虑了使用UDMA驱动器。在缺省情况下，Linux使用是最安全的，但是设置访问IDE驱动器是最慢的。缺省模式没有利用UDMA可能的最快的性能。

    使用hdparm工具，通过激活下面的特性可以显著地改善性能：

    ◆ 32位支持 缺省设置是16位；

    ◆ 多部分访问 缺省设置是每次中断单部分传送。

    注意：在使用hdparm之前，确保对系统已经做了完全的备份。使用hdparm改变IDE参数，如果出错可能会引起驱动器上全部数据的丢失。

    hdparm可以提供关于硬盘的大量信息。打开一个终端窗口，输入下面命令获取系统中第一个IDE驱动器的信息（改变设备名获取其它IDE驱动器的信息）：

hdparm -v /dev/had

上面命令显示出当系统启动时从驱动器获得的信息，包括驱动器操作在16位或32位模式（I/O Support）下，是否为多部分访问（Multcount）。关于磁盘驱动器的更详细信息的显示可使用-i参数。

Hdparm也可以测试驱动器传输速率。输入命令测试系统中第一个IDE驱动器：

hdparm -Tt /dev/hda

此测试可测量驱动器直接读和高速缓冲存储器读的速度。结果是一个优化的“最好的事例”数字。改变驱动器设置，激活32位传输，输入下面的命令：

hdparm -c3 /dev/hda

-c3参数激活32位支持，使用-c0可以取消它。-c1参数也可激活32位支持并使用更少的内存开销，但是在很多驱动器下它不工作。

大多数新IDE驱动器支持多部分传输，但是Linux缺省设置为单部分传输。注意：这个设置在一些驱动器上，激活多部分传输能引起文件系统的完全崩溃。这个问题大多数发生在较老的驱动器上。输入下面的命令激活多部分传输：

hdparm -m16 /dev/hda

-m16参数激活16部分传输。除了西部数据的驱动器外，大多数驱动器设置为16或32部分是最合适的。西部数据的驱动器缓冲区小，当设置大于8部分时性能将显著下降。对西部数据驱动器来说，设置为4部分是最合适的。

激活多部分访问能够减少CPU负载30%～50%，同时可以增加数据传输速率到50%。使用-m0参数可以取消多部分传输。

hdparm还有许多选项可设置硬盘驱动器，在此不详述。

    六、使用软件RAID

    RAID廉价驱动器的冗余阵列，也可以改善磁盘驱动器性能和容量。Linux支持软件RAID和硬件RAID。软件RAID嵌入在Linux内核中，比硬件RAID花费要少得多。软件RAID的惟一花费就是购买系统中的磁盘，但是软件RAID不能使硬件RAID的性能增强。硬件RAID使用特殊设计的硬件，控制系统的多个磁盘。硬件RAID可能是昂贵的，但是得到的性能改善与之相匹配。RAID的基本思想是组合多个小的、廉价的磁盘驱动器成为一个磁盘驱动器阵列，提供与大型计算机中单个大驱动器相同的性能级别。RAID驱动器阵列对于计算机来说像单独一个驱动器，它也可以使用并行处理。磁盘读写在RAID磁盘阵列的并行数据通路上同时进行。

    IBM公司在加利福尼亚大学发起一项研究，得到RAID级别的一个最初定义。现在有六个已定义的RAID级别，如下所示。

    RAID 0：级别0只是数据带。在级别0中，数据被拆分到多于一个的驱动器，结果是更高的数据吞吐量。这是RAID的最快和最有效形式。但是，在这个级别没有数据镜像，所以在阵列中任何磁盘的失败将引起所有数据的丢失。

    RAID 1：级别1是完全磁盘镜像。在独立的磁盘上创建和支持数据两份拷贝。级别1阵列与一个驱动器相比读速度快、写速度慢，但是如果任一个驱动器错误，不会有数据丢失。这是最昂贵的RAID级别，因为每个磁盘需要第二个磁盘做它的镜像。这个级别提供最好的数据安全。

    RAID 2：级别2设想用于没有内嵌错误检测的驱动器。因为所有的SCSI驱动器支持内嵌错误检测，这个级别已过时，基本上没用了。Linux不使用这个级别。

    RAID 3：级别3是一个有奇偶校验磁盘的磁盘带。存储奇偶校验信息到一个独立的驱动器上，允许恢复任何单个驱动器上的错误。Linux不支持这个级别。

    RAID 4：级别4是拥有一个奇偶校验磁盘的大块带。奇偶校验信息意味着任何一个磁盘失败数据可以被恢复。级别4阵列的读性能非常好，写速度比较慢，因为奇偶校验数据必须每次更新。

    RAID 5：级别5与级别4相似，但是它将奇偶校验信息分布到多个驱动器中。这样提高了磁盘写速度。它每兆字节的花费与级别4相同，提高了高水平数据保护下的高速随机性能，是使用最广泛的RAID系统。

    软件RAID是级别0，它使多个硬盘看起来像一个磁盘，但是速度比任何单个磁盘快得多，因为驱动器被并行访问。软件RAID可以用IDE或SCSI控制器，也可以使用任何磁盘组合。

    七、配置内核参数

    通过调整系统内核参数改善性能有时是很明显的。如果你决定要这样做一定要小心，因为系统内核的改变可能优化系统，也可能引起系统崩溃。

    注意：不要在一个正在使用的系统上改变内核参数，因为有系统崩溃的危险。因此，必须在一个没有人使用的系统上进行测试。设置一个测试机器，对系统进行测试，确保所有工作正常。

    Tweak内存性能

在Linux中，可以Tweak系统内存。如果遇到内存不足错误或者系统是用于网络的，可以调整内存分配设置。

内存一般以每页4千字节分配。调整“空白页”设置，可以在性能上有显著的改善。打开终端窗口，输入下面的命令查看系统的当前设置：

cat /proc/sys/vm/freepages

这样将获得三个数字，就像下面这样：

128 256 384

这些是最小空白页、空白页低和空白页高设置。这些值在启动时决定。最小设置是系统中内存数量的两倍；低设置是内存数量的4倍；高设置是系统内存的6倍；自由内存不能小于最小空白页数。

如果空白页数目低于空白页高设置，则交换（使用磁盘空间分配到交换文件）开始。当达到空白页低设置时，密集型交换开始。

增加空白页高设置有时可以改善整体性能，比如试试增加高设置到1MB，用echo命令可以调整这个设置。使用样本设置，输入这个命令增加空白页高设置到1MB：

echo "128 256 1024" > /proc/sys/vm/freepages

注意：当系统还没有被使用时测试这个设置，以确保在做任何调整时监视系统性能。这样可以确定哪个设置对系统是最好的。