该如何改善 Linux 系统性能？

系统性能一直是一个受关注的话题，如何通过最简单的设置来实现最有效的性能调优，如何在有限资源的条件下保证程序的运作，ulimit 是我们在处理这些问题时，经常使用的一种简单手段。ulimit 是一种 linux 系统的内键功能，它具有一套参数集，用于为由它生成的 shell 进程及其子进程的资源使用设置限制。本文将在后面的章节中详细说明 ulimit 的功能，使用以及它的影响，并以具体的例子来详细地阐述它在限制资源使用方面的影响。
ulimit 的功能和用法
ulimit功能简述
假设有这样一种情况，当一台 Linux 主机上同时登陆了 10 个人，在系统资源无限制的情况下，这 10 个用户同时打开了 500 个文档，而假设每个文档的大小有 10M，这时系统的内存资源就会受到巨大的挑战。而实际应用的环境要比这种假设复杂的多，例如在一个嵌入式开发环境中，各方面的资源都是非常紧缺的，对于开启文件描述符的数量，分配堆栈的大小，CPU 时间，虚拟内存大小，等等，都有非常严格的要求。资源的合理限制和分配。
不仅仅是保证系统可用性的必要条件，也与系统上软件运行的性能有着密不可分的联系。这时，ulimit可以起到很大的作用，它是一种简单并且有效的实现资源限制的方式。ulimit用于限制shell启动进程所占用的资源，支持以下各种类型的限制：所创建的内核文件的大小、进程数据块的大小、Shell进程创建文件的大小、内存锁住的大小、常驻内存集的大小、打开文件描述符的数量、分配堆栈的最大大小、CPU 时间、单个用户的最大线程数、Shell 进程所能使用的最大虚拟内存。同时，它支持硬资源和软资源的限制。
作为临时限制，ulimit 可以作用于通过使用其命令登录的 shell 会话，在会话终止时便结束限制，并不影响于其他 shell 会话。而对于长期的固定限制，ulimit 命令语句又可以被添加到由登录 shell 读取的文件中，作用于特定的 shell 用户。
如何使用ulimit
ulimit通过一些参数选项来管理不同种类的系统资源。在本节，我们将讲解这些参数的使用。
ulimit命令的格式为：
$ ulimit [options] [limit]
[options]
-H: 设置硬资源限制，一旦设置不能增加。如，ulimit -Hs 64；限制硬资源，线程栈大小为64K。
-S: 设置软资源限制，设置后可以增加，但是不能超过硬资源设置。如，ulimit -Sn 32；限制软资源，32个文件描述符。
-a: 显示当前所有的limit信息。如，ulimit -a；显示当前所有的limit信息。
-c: 最大的core文件的大小， 以blocks为单位。如，ulimit -c unlimited；对生成的core文件的大小不进行限制。
-d: 进程最大的数据段的大小，以Kbytes为单位。如，ulimit -d unlimited；对进程的数据段大小不进行限制。
-f: 进程可以创建文件的最大值，以 blocks 为单位。如，ulimit -f 2048；限制进程可以创建的最大文件大小为2048 blocks。
-l: 最大可加锁内存大小，以Kbytes为单位。如，ulimit -l 32；限制最大可加锁内存大小为32Kbytes。
-m: 最大内存大小，以Kbytes为单位。如，ulimit -m unlimited；对最大内存不进行限制。
-n: 可以打开最大文件描述符的数量。如，ulimit -n 128；限制最大可以使用128个文件描述符。
-p: 管道缓冲区的大小，以Kbytes为单位。如，ulimit -p 512；限制管道缓冲区的大小为512Kbytes。
-s: 线程栈大小，以Kbytes为单位。如，如，ulimit -s 512；限制线程栈的大小为512Kbytes。
-t: 最大的CPU占用时间，以秒为单位。如，ulimit -t unlimited；对最大的CPU占用时间不进行限制。
-u: 用户最大可用的进程数。如，ulimit -u 64；限制用户最多可以使用64个进程。
-v: 进程最大可用的虚拟内存，如，以Kbytes为单位。如，ulimit -v 200000；限制最大可用的虚拟内存为200000Kbytes。
ulimit 使用实例
用户进程的有效范围
ulimit 作为对资源使用限制的一种工作，是有其作用范围的。那么，它限制的对象是单个用户，单个进程，还是整个系统呢？事实上，ulimit 限制的是当前 shell 进程以及其派生的子进程。举例来说，如果用户同时运行了两个 shell 终端进程，只在其中一个环境中执行了 ulimit -s 100，则该 shell 进程里创建文件的大小收到相应的限制，而同时另一个 shell 终端包括其上运行的子程序都不会受其影响。
Shell 1
$ ll -h newfile
-rw-r--r--. 1 root root 223K 4月 23 09:16 newfile
$ ulimit -f 100
$ cat newfile > shell1
File size limit exceeded (core dumped)
$ ll -h shell1
-rw-r--r--. 1 root root 100K 4月 23 09:20 shell1
Shell 2
$ cat newfile > shell2
$ ll -d shell2
-rw-r--r--. 1 root root 227690 4月 23 09:23 shell2
$ ll -h shell2
-rw-r--r--. 1 root root 223K 4月 23 09:23 shell2
那么，是否有针对某个具体用户的资源加以限制的方法呢？答案是有的，临时生效（不限制打开文件大小限制）：
$ ulimit -f unlimited
或通过修改系统的/etc/security/limits.conf配置文件。该文件不仅能限制指定用户的资源使用，还能限制指定组的资源使用。该文件的每一行都是对限定的一个描述，格式如下：
<domain> <type> <item> <value>
domain 表示用户或者组的名字，还可以使用 * 作为通配符。Type 可以有两个值，soft 和 hard。Item 则表示需要限定的资源，可以有很多候选值，如 stack，cpu，nofile 等等，分别表示最大的堆栈大小，占用的 cpu 时间，以及打开的文件数。通过添加对应的一行描述，则可以产生相应的限制。例如：
* hard noflle 100
该行配置语句限定了任意用户所能创建的最大文件数是 100。现在已经可以对进程和用户分别做资源限制了，看似已经足够了，其实不然。很多应用需要对整个系统的资源使用做一个总的限制，这时候我们需要修改/proc下的配置文件。/proc目录下包含了很多系统当前状态的参数，例如/proc/sys/kernel/pid_max，/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range等等，从文件的名字大致可以猜出所限制的资源种类。由于该目录下涉及的文件众多，在此不一一介绍。有兴趣的读者可打开其中的相关文件查阅说明。
使用ulimit限制shell的内存使用
在这一小节里向读者展示如何使用-d，-m 和-v 选项来对shell所使用的内存进行限制。首先我们来看一下不设置ulimit限制时调用ls命令的情况：
$ ll shell1 -l
-rw-r--r--. 1 root root 227690 4月 23 09:16 shell1
大家可以看到此时的 ls 命令运行正常。下面设置 ulimit：
$ ulimit -d 1000 -m 1000 -v 1000
这里再温习一下前面章节里介绍过的这三个选项的含义：
-d：设置数据段的最大值。单位：KB。
-m：设置可以使用的常驻内存的最大值。单位：KB。
-v：设置虚拟内存的最大值。单位：KB。
通过上面的 ulimit 设置我们已经把当前 shell 所能使用的最大内存限制在 1000KB 以下。接下来我们看看这时运行 ls 命令会得到什么样的结果：
$ ll shell1 -l
Segmentation fault (core dumped)
使用ulimit限制程序所能创建的socket数量
考虑一个现实中的实际需求。对于一个 C/S 模型中的 server 程序来说，它会为多个 client 程序请求创建多个 socket 端口给与响应。如果恰好有大量的 client 同时向 server 发出请求，那么此时 server 就会需要创建大量的 socket连接。但是在 Linux 下一切资源皆文件，普通文件是文件，磁盘打印机是文件，socket 当然也是文件。在 Linux 下创建一个新的socket 连接，实际上就是创建一个新的文件描述符。而Linux对单进程能打开的文件描述符是有限制的，默认单进程能打开的最大文件数量为1024,。ulimit 并没有哪个选项直接说是用来限制socket的数量的。但是，我们有-n这个选项，它是用于限制一个进程所能打开的文件描述符的最大值。如下所示（查看某个进程当前打开的文件描述符信息）：
$ ll /proc/36766/fd
总用量 0
lr-x------. 1 root root 64 4月 23 09:31 0 -> /dev/null
l-wx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 1 -> /mydata/localhost.localdomain.err
lrwx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 10 -> /mydata/ib_logfile1
lrwx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 11 -> socket:[115703]
lrwx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 12 -> /tmp/ibLxLFBt (deleted)
l-wx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 13 -> /mydata/mysql-bin.000001
lrwx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 14 -> socket:[115704]
lrwx------. 1 root root 64 4月 23 09:31 15 -> /mydata/mysql/host.MYI
.......................
因此，我们可以通过使用ulimit -n来限制但进程所能打开的最大文件描述符数量，默认单进程打开的文件描述符为1024，就是代表单个进程只能同时最多只能维持1024甚至更少（因为有其它文件的句柄被打开）。如果开启4个进程维持用户链接，那么整个应用能够同时维持的连接数不会超过4*1024个，也就是说最多只能支持4×1024个用户在线。可以增大这个设置以便服务能够维持更多的TCP连接，从而达到限制socket创建的数量。
如果单个进程打开的文件句柄数量超过了系统定义的值，就会提到“too many files open”的错误提示。如何知道当前进程打开了多少个文件句柄呢？通过lsof命令可以帮你查看：
$ lsof -n |awk '{print $2}'|sort|uniq -c |sort -nr| head -n 2
126 7015
93 1831
上面说明了，7015进程打开了126个文件描述符，你可以通过ps命令看看7015这个进程是什么服务（这里都是以我的举例说明的，你在实验时要根据自己的进程进行查看，相信你有这个意识）。
修改单进程所能打开的最大文件数
1）ulimit -n 102400
这只是在当前终端有效，退出之后，open files又变为默认值。
2）将ulimit -n 102400写到/etc/profile中，这样每次登录终端时，都会自动执行/etc/profile。
3）令修改open files的数值永久生效，则必须修改配置文件：/etc/security/limits.conf在这个文件后加上：
* soft nofile 1024000
* hard nofile 1024000
root soft nofile 1024000
root hard nofile 1024000