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通过 ulimit 改善系统性能

2011-04-22 09:39 211 查看
/article/4535664.html

本文介绍了ulimit内键指令的主要功能以及用于改善系统性能的ulimit使用方法。

通过这篇文章，读者不仅可以了解ulimit所起的作用，并且可以学会如何更好地通

过ulimit限制资源的使用来改善系统性能。

概述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。图1.ulimit的使用


在下面的章节中，将详细介绍如何使用ulimit做相应的资源限制。如何使用ulimitulimit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]具体的options含义以及简单示例可以参考以下表格。表1.ulimit参数说明选项[options]
含义
例子-H
设置硬资源限制，一旦设置不能增加。
ulimit–Hs64；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。
ulimit–Sn32；限制软资源，32个文件描述符。-a
显示当前所有的limit信息。
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。
ulimit–cunlimited；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。
ulimit-dunlimited；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。
ulimit–f2048；限制进程可以创建的最大文件大小为2048blocks。-l
最大可加锁内存大小，以Kbytes为单位。
ulimit–l32；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。
ulimit–munlimited；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。
ulimit–n128；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。
ulimit–p512；限制管道缓冲区的大小为512Kbytes。-s
线程栈大小，以Kbytes为单位。
ulimit–s512；限制线程栈的大小为512Kbytes。-t
最大的CPU占用时间，以秒为单位。
ulimit–tunlimited；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。
ulimit–u64；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，以Kbytes为单位。
ulimit–v200000；限制最大可用的虚拟内存为200000Kbytes。我们可以通过以下几种方式来使用ulimit：在用户的启动脚本中如果用户使用的是bash，就可以在用户的目录下的.bashrc文件中，加入ulimit–u64，
来限制用户最多可以使用64个进程。此外，可以在与.bashrc功能相当的启动脚本中加入ulimt。

在应用程序的启动脚本中如果用户要对某个应用程序myapp进行限制，可以写一个简单的脚本startmyapp。



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–s100，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进程1
Shell进程2
ulimit管理系统资源的例子ulimit提供了在shell进程中限制系统资源的功能。本章列举了一些使用ulimit对用户进
程进行限制的例子，详述了这些限制行为以及对应的影响，以此来说明ulimit如何对系统资源进行限制，从而达到调节系统性能的功能。

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：图2.未设置ulimit时ls命令使用情况


大家可以看到此时的ls命令运行正常。下面设置ulimit：[code]图3.查看libc文件大小



从上面的信息可以看出，这个libc库文件的大小是1.5MB。而我们用ulimit所设置的内存
使用上限是1000KB，小于1.5MB，这也就充分证明了ulimit所起到的限制shell内存使用的功能。

使用ulimit限制shell创建的文件的大小

接下来向读者展示如何使用-f选项来对shell所能创建的文件大小进行限制。

首先我们来看一下，没有设置ulimit-f时的情况：

图4.查看文件



现有一个文件testFile大小为323669bytes，现在使用cat命令来创建一个testFile的copy：

图5.未设置ulimit时创建复本



从上面的输出可以看出，我们成功的创建了testFile的拷贝newFile。

下面我们设置ulimt–f100：

图6.设置ulimit时创建复本



这次创建testFile的拷贝失败了，系统给出的出错信息时文件大小超出了限制。在Linux系统
下一个block的默认大小是512bytes。所以上面的ulimit的含义就是限制shell所能创
建的文件最大值为512x100=51200bytes，小于323669bytes，所以创建文件失败，符
合我们的期望。这个例子说明了如何使用ulimit来控制shell所能创建的最大文件。

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。但在一个系统当中，往往需要限制单 个server程序所能使用的最大socket数，以供其他的server程序所使用。那么我们如何 来做到这一点呢？答案是我们可以通过ulimit来实现！细心的读者可能会发现，通过前面章节的 介绍似乎没有限制socket使用的ulimit选项。是的，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。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。如 下图所示（查看某个进程当前打开的文件描述符信息）： 图7.查看进程打开文件描述符 因此，我们可以通过使用ulimit–n来限制程序所能打开的最大文件描述符数量，从而 达到限制socket创建的数量。 使用ulimit限制shell多线程程序堆栈的大小（增加可用线程数量） 在最后一个例子中，向大家介绍如何使用-s（单位KB）来对线程的堆栈大小进行限制，从 而减少整个多线程程序的内存使用，增加可用线程的数量。这个例子取自于一个真实的案例。 我们所遇到的问题是系统对我们的多线程程序有如下的限制： ulimit-v200000 根据本文前面的介绍，这意味着我们的程序最多只能使用不到200MB的虚拟内存。由于我们 的程序是一个多线程程序，程序在运行时会根据需要创建新的线程，这势必会增加总的内存需求 量。一开始我们对堆栈大小的限制是1024（本例子中使用1232来说明）： 图8.程序线程所使用的堆栈 每当一个新的线程被创建时都需要新分配一段大小为1232KB的内存空间，而我们总的虚拟 内存限制是200MB，所以如果我们需要创建更多的线程，那么一个可以改进的方法就是减少 每个线程的固定堆栈大小，这可以通过ulimit–s来实现： 图9.设置ulimit后堆栈大小 从上面的信息可以看出，我们已经成功的将线程的堆栈大小改为512KB了， 这样在总内存使用限制不变的情况下，我们可以通过本小节介绍的方法来增加 可以创建的线程数，从而达到改善程序的多线程性能。 总结 综上所述，linux系统中的ulimit指令，对资源限制和系统性能优化提供了一条便捷的途径。 从用户的shell启动脚本，应用程序启动脚本，以及直接在控制台，都可以通过该指令限制系统资 源的使用，包括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，等等方面。本文中的示例非常直观的说明了ulimit 的使用及其产生的效果，显而易见，ulimit对我们在Linux平台的应用和开发工作是非常实用的。
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