Как оптимизировать работу серверов: диагностика, настройка и модернизация

Производительности сервера не хватает для текущих задач. Нужно ускорить работу системы, но непонятно, где находится ограничение.

Причина может быть в настройках. Либо текущая платформа достигла предела своей мощности.

Покупка нового оборудования без диагностики не гарантирует результат. Сначала подтверждают источник проблемы. После этого станет понятно, поможет ли настройка или потребуется модернизация.

Как найти причину снижения производительности сервера

Снижение скорости еще не означает, что оборудованию не хватает ресурсов. Диагностика должна показать, где возникает задержка и с чем она совпадает по времени.

1. Измерьте время выполнения конкретной операции

Выберите одну рабочую операцию, на которой заметно снижение производительности. Измерьте время ее выполнения в обычном режиме.

Затем повторите тот же замер в проблемный период. Эти два интервала станут основой дальнейшей диагностики.

2. Определите источник ограничения

Сравните показатели за обычный и проблемный интервалы. Обратите внимание на параметры, которые изменились вместе с ростом времени выполнения операции.

Процессор. При устойчивой высокой загрузке новые задачи могут ждать освобождения процессорного времени. Проверьте, какой процесс создавал нагрузку и держалась ли она в течение всей проблемной операции. Рост очереди в тот же период показывает, что часть задач ожидала обработки.

Оперативная память. Когда свободной ОЗУ становится мало, операционная система временно переносит часть данных на накопитель. При следующем обращении их приходится загружать обратно, поэтому приложение начинает отвечать медленнее. Посмотрите, начала ли система чаще выгружать данные из оперативной памяти на накопитель. Затем определите, какой процесс занимал основной объем ОЗУ.

Дисковая подсистема. Запросы на чтение и запись могут поступать быстрее, чем накопители успевают их обработать. Тогда операции накапливаются в очереди, а приложение дольше ждет данные. Увеличение времени операций на одном накопителе может указывать на проблему с этим устройством. Одновременный рост задержки на всех накопителях требует проверить нагрузку на массив и работу контроллера.

Сеть. Данные передаются по сети небольшими пакетами. Иногда часть данных не доходит до получателя или отбрасывается сетевым оборудованием. Потерянные или отброшенные пакеты приходится передавать повторно, поэтому время ответа увеличивается. Проверьте счетчики отброшенных пакетов и ошибок приема или передачи на сетевом адаптере. При росте ошибок проверку продолжают на коммутаторе и других участках сетевого пути.

Приложение. Если ни один из проверенных показателей не изменился, переходят к сервису, в котором возникает задержка. Для базы данных проверяют длительность запросов и блокировки. Для прикладной системы смотрят журналы работы и обращения к внешним сервисам.

3. Проверьте гипотезу повторным замером

Способ проверки зависит от найденного ограничения. При нехватке ОЗУ можно освободить часть памяти или снизить потребление проблемного процесса. Остальные настройки и уровень нагрузки на время теста сохраняют прежними.

После изменения повторяют ту же операцию несколько раз. Гипотеза подтверждается, когда сокращается время выполнения и одновременно исчезает признак препятствия. Прежний результат означает, что поиск нужно продолжить в другой зоне.

Как повысить производительность без замены оборудования

Замена комплектующих требуется не всегда. Сервер может терять скорость, когда несколько задач одновременно используют один ресурс или система выполняет лишнюю работу.

Разведите фоновые задачи по времени

Резервное копирование и обслуживание базы могут одновременно загрузить дисковую подсистему. В рабочий период это увеличивает время ответа приложения.

Сначала исключите пересечение с пользовательским пиком. Затем разведите фоновые процессы между собой. Частоту копирования выбирайте с учетом требований к восстановлению данных. Обслуживание базы может требовать значительных ресурсов, поэтому такие операции лучше выполнять в выделенное время.

Задача	Как изменить расписание
Резервное копирование	Перенести на период низкой пользовательской активности
Обслуживание базы	Назначить отдельно от резервного копирования
Тяжелые отчеты	Запускать вне времени копирования и обслуживания базы

Распределите ресурсы между виртуальными машинами

ВМ, которые нельзя развести по времени, конкурируют за ресурсы одного узла. Через гипервизор можно изменить правила распределения процессорного времени. Объем ОЗУ корректируют по фактической нагрузке.

Гипервизоры могут поддерживать ограничение максимального потребления, резерв и относительный приоритет процессора. Конкретный набор параметров зависит от используемой платформы.

Ситуация	Что изменить
Второстепенная ВМ занимает большую долю процессорного времени	Ограничить максимальную долю
Критичной ВМ нужен гарантированный минимум процессорного времени	Задать резерв, если гипервизор поддерживает такую настройку
Несколько ВМ одновременно загружают процессор	Повысить относительный приоритет критичной ВМ
Одной ВМ выделено больше ОЗУ, чем требуется	Скорректировать объем по пиковому потреблению с рабочим запасом

Эти настройки помогают, пока на узле остается свободный ресурс. При постоянной полной загрузке перераспределение уже не устранит ограничение.

Удалите неиспользуемые роли и сторонние службы

После обновления или миграции могут остаться компоненты, которые больше не используются. Они продолжают запускаться вместе с системой и создают фоновую нагрузку.

Определите, какая роль или программа запускает процесс. Для ненужного компонента сначала отключите автоматический запуск. Удалять роль или программу стоит после проверки зависимостей. Остановка одной службы может затронуть связанные с ней компоненты.

Сократите лишнюю работу базы данных

Один тяжелый запрос может читать больше данных, чем требуется для результата. Из-за этого он дольше удерживает ресурсы. Остальные операции выполняются медленнее.

Способ настройки зависит от того, какую лишнюю работу выполняет база.

Что происходит	Что изменить
Запрос возвращает столбцы, которые не используются в результате	Указать в выборке только нужные для операции столбцы
Запрос обрабатывает строки, которые не нужны для результата	Сузить условия отбора
Запрос возвращает мало строк, но читает большую таблицу	Рассмотреть индекс по столбцам отбора после проверки плана
После массового изменения данных запрос стал менее эффективным	Проверить актуальность статистики и при необходимости обновить ее

Индекс создают под конкретный рабочий запрос. Лишние индексы занимают место и увеличивают нагрузку при изменении данных. Статистика помогает планировщику выбирать способ выполнения запроса.

Выберите профиль питания с приоритетом производительности

В энергосберегающем режиме процессор может переходить в менее производительное состояние между всплесками. Для приложений с жесткими требованиями ко времени ответа это создает дополнительную задержку.

Когда такая связь подтверждена, профиль меняют с учетом установленной операционной системы.

ОС	Что изменить
Windows Server	Выбрать план High Performance, когда задержка связана с энергосберегающим режимом
РЕД ОС 7.3 или 8	Проверить доступные профили TuneD и выбрать вариант под рабочую нагрузку
Astra Linux Special Edition 1.8	Проверить наличие TuneD и список профилей для установленного обновления

Производительный профиль может увеличить энергопотребление и тепловыделение. Учитывайте это при постоянной работе с такой настройкой.

Как рассчитать ресурсы сервера под нагрузку

Нужны три исходных значения: рабочий пик после оптимизации, прогноз роста и допустимое время ответа. Их переводят в требования к процессору, ОЗУ, хранилищу и сети на выбранный срок.

Нагрузка: какие показатели взять за основу

Число пользователей не показывает, сколько задач выполняется одновременно. Для каждой системы выбирают показатель, который отражает ее нагрузку в наиболее загруженный период.

Тип системы	Что измерять
База данных	Число транзакций за пиковый час
Прикладной сервер	Количество одновременно выполняемых операций
Узел виртуализации	Суммарное пиковое потребление работающих ВМ
Файловый сервер	Объем одновременного чтения и записи
Сервер резервного копирования	Объем данных, который копируется за доступное время

Процессор: как учесть рост числа операций

Сравните текущий объем операций с прогнозом на конец расчетного срока. Для этого используют:

Коэффициент роста нагрузки = будущий объем операций / текущий объем операций

Например, сейчас система обрабатывает 10 000 транзакций за наиболее загруженный час. После подключения нового подразделения ожидается 15 000 транзакций.

15 000 / 10 000 = 1,5

Значение 1,5 показывает, что за тот же период системе потребуется обработать в полтора раза больше операций. Это соответствует росту на 50%.

(1,5 − 1) × 100% = 50%

Оперативная память: какой объем потребуется в рабочий пик

За основу берут общее потребление памяти в период, когда связанные системы работают одновременно. Отдельные максимумы, зафиксированные в разное время, складывать нельзя: такой расчет завысит требуемый объем.

К текущему значению добавляют память для новых сервисов. Будущий рост учитывают по истории потребления или особенностям программной платформы.

Требуемая ОЗУ = текущее потребление в рабочий пик + память новой нагрузки + прогнозируемый рост

Например, в наиболее загруженный период сервер использует 58 ГБ ОЗУ. Для новой виртуальной машины потребуется 16 ГБ. По прогнозу действующим системам понадобится еще 10 ГБ.

58 + 16 + 10 = 84 ГБ

Хранилище: сколько места потребуется и какую нагрузку оно должно выдерживать

Для подбора нужны два блока требований. Первый определяет полезную емкость на конец расчетного срока. Второй описывает производительность, при которой приложения сохранят допустимое время ответа.

Полезная емкость на конец расчетного срока

Она должна вместить текущие данные, их прирост и дополнительные объемы, которые появятся в течение расчетного срока.

Требуемая полезная емкость = текущие данные + прирост + журналы, временные данные и снимки

Прирост рассчитывают по истории заполнения:

Прирост = средний объем новых данных за период × количество периодов

Например, сейчас приложения занимают 5 ТБ. Ежемесячно добавляется 150 ГБ. Хранилище рассчитывают на два года. Для журналов, временных данных и снимков потребуется еще 1,4 ТБ.

Что учитываем	Расчет	Объем
Текущие данные	—	5 ТБ
Прирост за два года	150 ГБ × 24 месяца	3,6 ТБ
Журналы, временные данные и снимки	—	1,4 ТБ
Требуемая полезная емкость	5 + 3,6 + 1,4	10 ТБ

Перед сложением значения приводят к одной единице измерения. Также проверьте, не входят ли журналы или снимки в текущий объем. Повторно добавлять их нельзя.

Хранилище резервных копий рассчитывают отдельно. Его объем зависит от количества защищаемых данных, скорости их изменения и срока хранения копий.

Производительность под прогнозной нагрузкой

Показатели ввода-вывода уже известны по результатам диагностики. Если характер операций не изменится, текущие показатели можно пересчитать по ожидаемому росту.

Показатель	Как использовать в расчете
Операции ввода-вывода в секунду	Умножить текущий рабочий пик на коэффициент роста
Пропускная способность	Умножить текущий рабочий пик на коэффициент роста
Задержка	Сохранить допустимый для приложения предел

Например, в рабочий пик хранилище обрабатывает 8 000 операций ввода-вывода в секунду. Ожидаемый рост нагрузки составляет 1,5 раза.

8 000 × 1,5 = 12 000 операций в секунду

Расчетные 12 000 операций в секунду подходят для предварительной оценки при прежнем соотношении чтения и записи. Новое приложение определяют отдельно. Его учитывают только при одновременной работе систем.

Сеть: какой канал потребуется для одновременных потоков

Через один интерфейс могут одновременно проходить прикладные данные, репликация и служебный обмен. В расчет включают только те потоки, которые используют общий канал в один период.

Входящий и исходящий трафик считают отдельно. Обмен через другой интерфейс в этот расчет не входит.

Скорость передачи данных может быть указана в мегабайтах в секунду, а пропускная способность интерфейса — в мегабитах. Один байт содержит восемь бит. Поэтому значение в мегабайтах в секунду переводят в мегабиты умножением на 8:

Трафик в Мбит/с = объем данных в МБ/с × 8

Например, через один интерфейс одновременно проходят три потока.

Поток	Скорость
Прикладные данные	20 МБ/с
Репликация	6 МБ/с
Служебный обмен	2 МБ/с
Общая нагрузка	28 МБ/с

28 МБ/с × 8 = 224 Мбит/с

Полученные 224 Мбит/с показывают расчетную нагрузку в одном направлении. Так же определяют нагрузку для обратного потока.

Для каждого интерфейса фиксируют нагрузку на прием и передачу. Скорость подключения должна быть выше расчетных значений с учетом планируемого роста.

Отказоустойчивость: сколько ресурсов должно остаться после отказа узла

В обычном режиме сервисы распределены между всеми серверами кластера. После отказа одного узла их часть переходит на оставшееся оборудование.

В расчет включают системы, которые должны продолжить работу до восстановления кластера. Второстепенные сервисы можно исключить, когда их временная остановка допустима.

За основу берут суммарную потребность критичных систем в процессорных ресурсах и ОЗУ. Если критичную нагрузку можно равномерно распределить, предварительный расчет выполняют по формуле:

Нагрузка на один оставшийся узел = общая критичная нагрузка / количество доступных узлов после отказа

Например, критичные ВМ используют 36 виртуальных процессоров и 192 ГБ ОЗУ. В обычном режиме нагрузка распределена между тремя одинаковыми узлами.

Режим	Узлов в работе	На один узел
Обычная работа	3	12 виртуальных процессоров и 64 ГБ ОЗУ
Отказ одного узла	2	18 виртуальных процессоров и 96 ГБ ОЗУ

После отказа каждый оставшийся сервер должен принять 18 виртуальных процессоров и 96 ГБ ОЗУ. При этом у него должен сохраниться ресурс для гипервизора и служебных процессов.

По тому же сценарию проверяют сеть и хранилище. Они должны выдержать работу критичных систем после их переноса на оставшиеся узлы.

Проверка спецификации: что подтвердить перед закупкой

Перед подбором оборудования убедитесь, что расчетные показатели соответствуют ПО и рабочему сценарию.

Что проверить	Что подтвердить
Совместимость	Программная система поддерживает выбранную архитектуру, операционную систему и среду виртуализации
Производительность	Процессор, ОЗУ, хранилище и сеть вместе обеспечивают допустимое время ответа
Аварийный режим	Оставшиеся узлы выдерживают критичную нагрузку после отказа
Возможности платформы	Модель поддерживает требуемые компоненты и дальнейшее расширение

Проверку проводят по документации разработчика, результатам испытаний или на пилотной конфигурации. Если воспроизвести будущую нагрузку нельзя, в расчете отдельно фиксируют измеренные значения и допущения.

Когда серверу нужна модернизация

Расчет может укладываться в пределы текущего оборудования, но занять все доступные слоты, отсеки и мощность питания. Такое обновление закроет ближайшую потребность и оставит платформу без запаса.

Поэтому оценивают два условия: поддерживает ли сервер нужный набор компонентов и хватит ли его возможностей на выбранный срок.

Платформа: где заканчивается запас для расширения

Здесь проверяют полную комплектацию: можно ли установить все компоненты одновременно и допускает ли производитель такой состав.

Расчетное требование	Что проверить сейчас	Что покажет проверка
Производительность процессора	Поддерживаемые процессоры, количество разъемов и сборку	Можно ли получить требуемую производительность на действующей платформе
Объем ОЗУ	Максимальный объем, свободные слоты и схема установки модулей	Можно ли набрать нужный объем без замены большей части установленной памяти
Емкость и производительность хранения	Свободные отсеки, интерфейсы накопителей, корзина и возможности контроллера	Сможет ли внутренняя дисковая подсистема выдержать нагрузку
Скорость сети	Тип и количество слотов PCIe, доступные линии и поддерживаемые адаптеры	Можно ли установить сетевые интерфейсы и контроллеры одновременно
Питание и охлаждение	Мощность блоков питания и допустимая тепловая нагрузка	Поддерживается ли работа всех компонентов

Проверку проводят по документации и конфигуратору конкретной модели. Свободный слот PCIe может иметь недостаточную ширину или зависеть от установки второго процессора. Для дополнительных накопителей иногда требуется другая корзина или контроллер.

После проверки должно быть понятно, что можно закрыть текущим сервером и какой запас останется после обновления.

Сценарий модернизации: что менять в вашем случае

Решение зависит от того, где находится предел платформы. Иногда достаточно добавить память. В другой ситуации вычислительная часть еще подходит, но внутренняя дисковая подсистема уже ограничивает рост.

Результат проверки	Какой вариант рассматривать
Требуемые компоненты поддерживаются, после установки остается запас	Расширить текущую комплектацию
Основную нагрузку создает отдельный сервис, который можно перенести	Разместить этот сервис на другом сервере
Вычислительных ресурсов достаточно, внутреннее хранение достигло предела	Подключить отдельную СХД
Адаптеры и контроллеры нельзя установить одновременно	Перейти на платформу с подходящим набором слотов
Модель превышает возможности питания или охлаждения	Распределить нагрузку или заменить платформу
Требования превышают максимальные возможности	Перенести сервисы на новую платформу

Выбор делают по совокупности ограничений. Подключение отдельной СХД может полностью закрыть проблему хранения и сохранить действующий сервер. Одновременный дефицит процессорных ресурсов, памяти и слотов расширения потребует замены большей части конфигурации.

Экономика модернизации: когда расширение теряет смысл

Техническая возможность обновления еще не означает, что оно будет выгодным. Учитывайте стоимость работ и срок, в течение которого можно работать после изменений.

Что оценить	Почему это важно
Объем замены компонентов	Увеличение одного ресурса может потребовать замены уже установленного оборудования
Запас после обновления	Он показывает, как долго сервер сможет работать без следующего расширения
Доступность комплектующих	Дефицитные компоненты увеличивают стоимость и срок поставки
Поддержка платформы	Завершение поддержки усложняет получение обновлений, запчастей и сервиса
Лицензирование программ	Увеличение числа процессоров или ядер может повлиять на стоимость лицензий
Работы и простой	Установка компонентов и перенос данных могут потребовать остановки сервисов

Модернизация оправдана, когда текущая платформа поддерживает выбранную конфигурацию и сохраняет запас на конкретный срок.

В результате выбирают один из трех вариантов: расширить текущий сервер, перенести часть в облако или перейти на новую платформу.

Что нужно для проекта модернизации

Для подготовки проекта нужны три группы данных: состав действующей инфраструктуры, требования к будущей конфигурации и условия внедрения.

Текущая инфраструктура: что уже установлено

Подбор затягивается, когда инженеру приходится запрашивать модель и ее показатели. Чтобы получить обоснованное предложение, информацию лучше собрать до начала проекта.

Что передать	Для чего они нужны
Производитель и точная модель	Проверить пределы и варианты расширения платформы
Модели и количество процессоров	Сопоставить текущую версию с расчетной производительностью
Объем, тип и расположение модулей ОЗУ	Определить свободные слоты и допустимую схему расширения
Типы и объем накопителей	Оценить текущую емкость и состав дисковой подсистемы
Дисковая корзина и контроллер	Проверить поддержку дополнительных накопителей
Сетевые адаптеры и платы расширения	Определить занятые слоты и доступные интерфейсы
Мощность и количество блоков питания	Проверить возможность установки новых компонентов
Операционная система и гипервизор	Уточнить программную совместимость и лицензирование

Информацию лучше подтвердить выгрузкой из системы управления или инвентаризации. Названия компонентов, записанные вручную, могут не учитывать ревизию, тип интерфейса или схему подключения.

Рабочая нагрузка: какие требования должны выполняться

В проект передают итоговые показатели, полученные после диагностики и расчета ресурсов. Повторно анализировать каждый замер на этом этапе не требуется.

Что передать	Что они определяют
Объем операций в рабочий пик	Вычислительную производительность
Допустимое время ответа	Границу, при которой система сохраняет нужную скорость
Потребление ОЗУ одновременно работающими сервисами	Расчетный объем памяти
Полезная емкость на выбранный срок	Требования к хранению данных
Число операций ввода-вывода, пропускная способность и задержка	Производительность дисковой подсистемы
Входящий и исходящий трафик	Скорость сетевых интерфейсов
Прогноз роста	Запас ресурсов на период
Критичные сервисы	Нагрузку, которую необходимо сохранить при отказе оборудования
Операционная система, ее версия и гипервизор	Уточнить совместимость оборудования и лицензирование

Показатели передают с указанием периода замера и состава работающих сервисов. Без этого нельзя определить, при каких условиях были получены значения.

Внедрение: что повлияет на решение

Даже технически подходящая версия может не подойти по срокам, размещению или допустимому простою.

Условие	Что указать
Срок использования	На какой период рассчитывается решение
Допустимый простой	Когда и на сколько можно остановить сервисы
Перенос данных	Какие системы перенести и какой объем они занимают
Размещение	Форм-фактор, доступная глубина стойки и свободное место
Питание и охлаждение	Доступная мощность и помещение
Резервирование	Какие сервисы и компоненты должны сохранять работу после отказа
Сроки проекта	Когда оборудование должно быть поставлено и введено в эксплуатацию
Закупка	Бюджет, производители, реестр Минпромторга и другие требования

Если часть информации неизвестна, это указывают в исходных данных. Для первичной оценки достаточно модели, состава основных компонентов, списка сервисов и описания проблемы. Недостающие показатели получают из мониторинга или во время обследования инфраструктуры.

Когда нужен ИТ-аудит

Подбор нового оборудования не всегда решает проблему. Задержка может возникать в сети, системе хранения, виртуальной среде или прикладном программном обеспечении. В такой ситуации замена оборудования увеличит затраты, но не гарантирует нужный результат.

ИТ-аудит нужен, когда для принятия решения недостаточно характеристик одного сервера.

Ситуация	Почему локальной проверки недостаточно
Источник замедления не подтвержден	Ограничение может находиться в сервере, сети, хранилище или прикладной системе
Нет актуальной схемы и инвентаризации	Нельзя достоверно определить состав оборудования и зависимости между сервисами
Мониторинг не собирает нужные показатели	Будущий расчет придется строить на предположениях
Модернизация затрагивает несколько систем	Важно проверить зависимости между сервисами, порядок переноса и аварийный режим
Простой критичных сервисов ограничен	Требуется заранее подготовить переключение, проверку и возврат к исходной схеме

Аудит особенно важен, когда инфраструктура развивалась постепенно. Отдельные системы могут работать исправно, однако инфраструктура в целом уже не справляется с текущей нагрузкой.

CRABBIT проведет обследование инфраструктуры и подготовит варианты модернизации.

Вопросы и ответы