افزایش کارایی سرور با Kernel Tuning

• ۲۴ آذر ۱۴۰۴
• دسته بندی ها: سرور, لینوکس

در بسیاری از سرورها، افت کارایی فقط به مشکلات سخت‌افزاری مربوط نمی‌شود. حتی در صورتی که از پردازنده‌های قدرتمند، حافظه کافی و دیسک‌های SSD استفاده کنید، ممکن است با مشکلاتی مانند کاهش سرعت سرویس‌ها، تاخیر در پردازش درخواست‌ها یا ناپایداری سیستم در زمان پیک بار مواجه شوید. یکی از دلایل اصلی این مشکلات، پیکربندی پیشفرض کرنل لینوکس است. این پیکربندی معمولا برای سیستم‌های عمومی طراحی شده است و مناسب محیط‌های پرترافیک، سیستم‌های عملیاتی، میکروسرویس‌ها یا بارهای سنگین دیتابیس نیست. در این مطلب ، به بررسی Kernel Tuning و چگونگی بهینه‌سازی کرنل لینوکس برای افزایش کارایی سرور خواهیم پرداخت.

Kernel Tuning چیست و چرا اهمیت دارد؟

Kernel Tuning مجموعه‌ای از تنظیمات است که بر رفتار پردازش‌ها، I/O، شبکه، حافظه و ترافیک در سیستم‌عامل لینوکس تاثیر می‌گذارد. این تنظیمات بیشتر از طریق فایل etc/sysctl.conf/ انجام می‌شود و می‌تواند به عملکرد سرور به‌طور چشمگیری کمک کند. به‌طور پیشفرض، کرنل لینوکس تنظیماتی محافظه‌کارانه دارد تا از مصرف بی‌رویه منابع جلوگیری کند، اما این تنظیمات برای محیط‌های پرکاربرد و سرورهای پرترافیک مناسب نیست.

با انجام Kernel Tuning صحیح می‌توان:

• ظرفیت پردازش سیستم را افزایش داد
• سرعت پاسخ‌دهی را بهبود بخشید
• تاخیر شبکه را کاهش داد
• مصرف RAM و CPU را بهینه کرد
• نرخ Throughput را افزایش داد
• پایداری سرور را در زمان پیک بار تضمین کرد

بهینه‌سازی شبکه (Networking Tuning)

یکی از مهمترین بخش‌های Kernel Tuning مربوط به تنظیمات شبکه است. این تنظیمات موجب افزایش سرعت، کاهش تاخیر و بهبود عملکرد در زمان بار سنگین می‌شود.

 افزایش حداکثر تعداد اتصالات

یکی از مشکلات رایج در سرویس‌های پرترافیک، محدودیت تعداد اتصالات ورودی است. با تنظیم پارامترهای زیر می‌توان این محدودیت‌ها را رفع کرد:

فعال‌سازی Reuse و Recycle برای پورت‌ها

برای سرویس‌هایی که تعداد زیادی اتصال کوتاه‌مدت دارند، فعال‌سازی پارامترهای زیر می‌تواند عملکرد را بهبود دهد:

افزایش اندازه بافرها (MRTU و Buffer)

افزایش اندازه بافرهای شبکه می‌تواند عملکرد سیستم را بهبود بخشد، به‌ویژه در شبکه‌های پرسرعت:

افزایش محدودیت فایل‌ها

افزایش تعداد فایل‌های باز برای سرویس‌هایی مانند Nginx، Apache و دیتابیس‌ها اهمیت زیادی دارد. این کار از بروز خطاهای too many open files جلوگیری می‌کند.

خرید vps لینوکس یک ماشین مجازی کامل است که امکان دسترسی SSH طبق آموزش را به آن خواهید داشت.
خرید vps لینوکس در پنج موقعیت جغرافیایی ایران، فرانسه، هلند، آلمان و آمریکا با قابلیت تحویل آنی در پارسدو فراهم است.

بهینه‌سازی دیسک و I/O

عملکرد I/O می‌تواند تاثیر زیادی بر کارایی سرور، به ویژه در دیتابیس‌ها داشته باشد.

انتخاب I/O Scheduler مناسب

برای سرورهایی که از SSD استفاده می‌کنند، استفاده از noop یا deadline به‌عنوان I/O scheduler می‌تواند تاخیر I/O را کاهش دهد.

افزایش Read-Ahead

برای دیسک‌های سریع، افزایش مقدار Read-Ahead می‌تواند عملکرد را بهبود دهد.

مدیریت Dirty Pages

تنظیمات پارامترهای vm.dirty_ratio و vm.dirty_background_ratio می‌تواند از پر شدن ناگهانی بافرها و قفل شدن سیستم جلوگیری کند.

بهینه‌سازی حافظه (Memory Tuning)

کنترل Swappiness

مقدار vm.swappiness تعیین می‌کند که سیستم چقدر تمایل به استفاده از Swap دارد. کاهش این مقدار می‌تواند سرعت سیستم را افزایش دهد.

تنظیم HugePages

برای دیتابیس‌هایی مانند PostgreSQL و Redis، استفاده از HugePages می‌تواند عملکرد حافظه را بهبود دهد.

تنظیم Cache Pressure

تنظیم پارامتر vm.vfs_cache_pressure به جلوگیری از خالی شدن کش و بهبود دسترسی به فایل‌ها کمک می‌کند.

بهینه‌سازی پردازنده (CPU Tuning)

IRQ Balancing

در سرورهایی با کارت شبکه قدرتمند، فعال‌سازی IRQ Balancing به توزیع یکنواخت بار پردازشی کمک می‌کند.

انتخاب Governor مناسب

برای سرورها، حالت performance توصیه می‌شود تا CPU به حداکثر عملکرد خود برسد.

NUMA Tuning

در سرورهای چندسوکتی، مدیریت NUMA و Binding پردازش‌ها می‌تواند عملکرد دیتابیس‌ها و ماشین‌های مجازی را بهبود بخشد.

بهینه‌سازی پارامترهای امنیت و پایداری

محدودیت Core Dump

محدود کردن حجم Core Dump می‌تواند از اشغال فضای دیسک جلوگیری کند.

محافظت از حملات SYN Flood

استفاده از پارامتر net.ipv4.tcp_syncookies به محافظت از حملات SYN Flood کمک می‌کند.

کنترل رفتار OOM-Killer

با تنظیم پارامترهای vm.oom_kill_allocating_task و oom_score_adj می‌توان رفتار OOM-Killer را کنترل کرد.

Kernel Tuning برای وب‌سرورها

وب‌سرورهایی مانند Nginx و Apache معمولا تعداد زیادی اتصال باز مدیریت می‌کنند. تنظیمات مهم برای بهینه‌سازی وب‌سرورها عبارتند از:

• افزایش Backlog
• بهینه‌سازی TCP Keepalive
• افزایش File Descriptor

این تنظیمات باعث افزایش پاسخ‌دهی و بهبود پایداری در برابر ترافیک بالا و حملات می‌شوند.

Kernel Tuning برای دیتابیس‌ها

دیتابیس‌ها بیشتر از هر چیزی از Kernel Tuning بهره می‌برند. مهمترین تنظیمات برای دیتابیس‌ها شامل:

• HugePages
• کاهش Swappiness
• I/O Scheduler مناسب
• NUMA Balancing

این تنظیمات باعث بهبود عملکرد دیتابیس‌هایی مانند MySQL، PostgreSQL و Redis می‌شود.

Kernel Tuning برای Kubernetes و Docker

در محیط‌های کانتینری، تنظیمات خاصی برای بهینه‌سازی عملکرد لازم است. مهمترین تنظیمات عبارتند از:

• افزایش conntrack
• افزایش تعداد پردازش‌ها
• بهینه‌سازی Backlog شبکه

استفاده از Cgroup v2 و تنظیمات صحیح CPU و RAM در نسخه‌های جدید ضروری است.

خطرات و نکاتی برای اعمال امن Kernel Tuning

اگر تنظیمات Kernel Tuning به درستی اعمال نشوند، ممکن است باعث ایجاد مشکلاتی در بوت شدن سیستم یا ناپایداری سرویس‌ها شوند. برای جلوگیری از این مشکلات، توصیه می‌شود:

1. قبل از هر تغییری بکاپ بگیرید.
2. تنظیمات را مرحله‌به‌مرحله اعمال کنید.
3. پس از اعمال تغییرات، سیستم را مانیتور کنید.
4. تغییرات را مستندسازی کنید.

چطور Kernel Tuning را به‌صورت پایدار اعمال کنیم؟

برای اعمال تغییرات دائمی، تنظیمات باید در فایل etc/sysctl.conf/ وارد شوند. برای بارگذاری تنظیمات جدید از دستور sysctl -p استفاده کنید.

جمع‌بندی

Kernel Tuning یکی از مهمترین اقدامات برای بهینه‌سازی عملکرد سرور است، به‌ویژه برای سیستم‌هایی با بار کاری بالا و سرویس‌های حساس. با تنظیمات صحیح در شبکه، حافظه، پردازنده و I/O، می‌توان کارایی سرور را به‌طور چشمگیری افزایش داد و پایداری آن را در شرایط بحرانی حفظ کرد. مدیران سرور با اعمال این تنظیمات می‌توانند بدون نیاز به ارتقای سخت‌افزاری، عملکرد سرور را به سطحی بسیار بالاتر ارتقا دهند.