SSH介紹

SSH是Secure Shell Protocol的簡寫，由IETF網絡工作小組（Network working Group）指定；在進行數據傳輸之前，SSH先對聯機數據包通過加密技術進行加密處理，加密后在進行數據傳輸。確保了傳遞的數據安全.

SSH是專為遠程登錄會話和其他網絡服務提供的安全性協議。利用SSH協議可以有效的放置遠程管理過程中的信息泄露問題，在當前的生產環境運維工作中，絕大多數企業普遍採用SSH協議服務來代替傳統的不安全的遠程聯機服務軟件，如telnet（23端口，非加密)

在默認狀態下，SSH服務主要提供了兩個服務功能，一個是提供類似Telnet遠程聯機服務器的服務，即上面提到的SSH服務；另一個是類似FTP服務的sftp-server，藉助SSH協議來傳輸數據的，提供更安全的SFTP服務（vsftp，proftp）

ssh 客戶端(ssh命令)還包含一個遠程安全拷貝命令scp,也是通過ssh協議工作.

小結

# 1、SSH是安全的加密協議，用於遠程連接linux服務器
# 2、SSH默認端口是22，安全協議版本SSH2，除了2之外還有SSH1（漏洞）
# 3、SSH服務端主要包含兩個服務協議SSH遠程連接，SFTP服務
# 4、Linux SSH客戶端包含ssh遠程連接命令，以及遠程拷貝scp命令

SSH結構

# SSH服務由服務端軟件OpenSSH （openssl）
# 客戶端（常見的有SSH（linux），SecureCRT，Putty，Xshell）組成

# SSH服務默認使用22端口提供服務，它有兩個不兼容的SSH協議版本分別是1.x和2.x

rpm -qa openssh
openssh-6.6.1p1-31.el7.x86_64		# 遠程連接安裝包

rpm -qa openssl
openssl-1.0.2k-19.el7.x86_64		# 加密安裝包

OpenSSH同時支持SSH 1.x和2.x 用SSH 2.x的客戶端程序不能鏈接到SSH1.x的服務程序上

SSH服務是一個守護進程（daemon），他在後台運行並響應來自客戶端的連接請求，SSH服務端的進程名為sshd，負責實時監聽遠程SSH客戶端的連接請求，並進行處理，一般包括公共密鑰認證、密鑰交換、對稱密鑰加密和非安全連接等。

SSH客戶端包含ssh以及像scp（遠程拷貝）slogin（遠程登錄）sftp（安全FTP文件傳輸）等應用程序

SSH的工作機制大致是本地的ssh客戶端發送一個連接請求到遠程的ssh服務器，服務器檢查連接的客戶端發送的數據包和ip地址，如果確認合法，就會發送密鑰給SSH的客戶端，此時，客戶端本地再將密鑰發回給服務端，自己建立連接。SSH1.x和SSH2.x在連接協議上有一些安全方面的差異

SSH加密技術

SSH加密技術是將人類可以看得懂的數據，通過一定的特殊的程序算法，把這些數據變成雜亂的無意義的信息，然後，通過網絡進行傳輸，二擋到了目的地后，在通過對應的解密算法，把傳過來的加密的數據信息解密成加密前的可讀取的正常數據。因此，當數據在互聯網上傳輸時即使被有心的黑客監聽竊取了，也很難獲取到真正需要的數據

網絡上的數據包加密技術一般是通過所謂的一對公鑰和私鑰（Public key and Pivate key）組合撐的密鑰對進行加密與解密操作。

SSH 1.x

每一台SSH服務器主機都可以使用RSA加密方式來產生一個1024-bit的RSA Key 這個RSA的加密方式就是用來產生公鑰和私鑰的算法之一。

當服務啟動時，就會產生一個768 bit的臨時公鑰存放在Server中

grep ServerKey /etc/ssh/sshd_config 
#ServerKeyBits 1024

SSH 2.x

在SSH 1.x的聯機過程中，當Server接收Clinet端的Private Key后，就不再針對該次聯機的Key pair進行檢驗。若此時有而已黑客對該聯機key pair插入而已的程序代碼時，由於服務端你不會在檢驗聯機的正確性，因此可能會接收該程序代碼，從而導致系統被黑.

為了改正這個缺點，SSH version2多加了一個確認聯機正確性的Diffie-Hellman機制

在每次數據傳輸中，Server都會以該機制檢查數據的來源是否正確，這樣，可以避免聯機過程中被插入而已程序代碼的問題

另外，SSH2同時支持RSA和DSA密鑰，但是SSH1僅支持RSA密鑰

由於SSH1協議本身存在較大問題，建議使用SSH2的聯機模式

當Client端SSH聯機請求傳送過來時，Server就會將這個768-bit的公鑰傳給Client端

此時Client會將此公鑰與先前存儲的公鑰進行對比，看是否一致，判斷標準是Client端聯機用戶目錄下~/.ssh/known_hosts文件的內容（linux-客戶端）

不加用戶默認是root 不加-p 指定端口 默認是22`

ssh -p22222 root@39.108.140.0
The authenticity of host '39.108.140.0 (39.108.140.0)' can't be established.
ECDSA key fingerprint is 17:33:ef:9b:05:b3:69:d3:20:48:49:e1:28:9b:7c:c8.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? 

# 連接密碼文件存放路徑
cat /root/.ssh/known_hosts 
121.36.43.223 ecdsa-sha2-nistp256 AAAAE2VjZHNhLXNoYTItbmlzdHAyNTYAAAAIbmlzdHAyNTYAAABBBDgQ7H6KDIPTzOklwMSOxgFI0Xc3rgvwPnCLIuXIuzaCfYQBouM6owCArpj2CXEyk40lSn96ktW1vETbP1JmjEY=

# 第一次SH連接的時候,本地會產生一個密鑰文件~/.ssh/known_hosts

如何防止SSH登錄入侵

# 1、用密鑰登錄，不用密碼登錄
# 2、牤牛陣法：解決SSH安全問題
# 3、防火牆封閉SSH，指定源限制（局域網，信任公網）
# 4、開啟SSH只監聽本地內網IP（ListenAddress 10.0.0.8）
# 5、盡量不給服務器外網IP

SSH客戶端附帶的scp命令

scp的基本語法使用：scp -sercure copy （remote file copy program）

推push

scp -P22 -rp /root/test.txt root@39.108.140.0:/root/

拉pull

scp -p22 -rp root@39.108.140.0:/root/test.txt ./

# -P 指定端口,默認22,可忽略
# -p 表示拷貝前後保持文件或目錄屬性
# -r 遞歸,表示拷貝目錄
# -l 限制速度

# 小結
# 1、scp是加密的遠程拷貝，而cp僅為本地拷貝
# 2、可以把數據從一台機器推送到另一台機器，也可以從其他服務器把數據拉回到本地執行命令的服務器
# 3、每次都是全量完成拷貝，因此效率不高，適合第一次拷貝用，如果需要增量拷貝，用rsync

ssh服務附帶的sftp功能服務

# 1. rz,sz(lrzsz)
# 2. winscp WinSCP-v4.0.5 基於SSH，sftp
# 3. SFX(xshell) 4） SFTP 基於SSH加密傳輸
# 4. samba，http，ftp，nfs
# FTP工具：vsftp、proftpd、SFTP

# linux sftp客戶端登錄sftp服務方法
# 登錄FTP的方法就是
sftp -oPort=22 root@39.108.140.0:
sftp> put test.txt
Uploading test.txt to /root/test.txt
test.txt                                          100%    0     0.0KB/s   00:00                                   
sftp> ls test.txt 
test.txt

SSH服務認證類型介紹

基於口令安全認證

基於口令的安全驗證的方式就是大家現在一直在用的，只要知道服務器的SSH端口號和口令，應服務器的IP及開放的端口，默認都為22，就可以通過ssh客戶端登錄到主機，此時聯機過程中所有傳輸都是加密的

基於密鑰的安全驗證

基於密鑰的安全驗證方式是指，需要依靠密鑰，也就是必須事先建立一對密鑰，然後把公用密鑰（Publickey）放在需要訪問的目標服務器上，另外，個還需要把私有密鑰（Private key）放到SSH客戶端或對應的客戶端服務器上

此時，如果要想連接到這個帶有公用密鑰的SSH服務器，客戶端SSH軟件或者客戶端端服務就會想SSH服務端發出請求，請求用聯機用戶密鑰進行安全連接。SSH服務會在收到請求之後，會現在改SSH服務器上連接的用戶的加密路下 放上去的對應用戶密鑰，然後把它和連接的SSH客戶端發來進行密鑰，如果兩個密鑰一直SSH服務就會用公用密鑰加密“質詢”（challenge）並把它發送給SSH客戶端

更改ssh 默認登錄配置

修改SSH服務的運行參數，是通過修改配置文件/etc/ssh/sshd_config實現的

一般來說SSH服務使用默認的配置已經夠很好的工作，如果對安全要求不高，僅僅提供SSH服務的情況不需要修改任何配置

sshd_config配置文件說明:

優化SSH配置文件選項

cp /etc/ssh/sshd_config{,.bak}
vim /etc/ssh/sshd_config
Port 52113              # ssh連接端口默認為22，修改端口號可以提高級別
PermitRootLogin no      # 禁止root遠程登錄
PermitEmptyPasswords no # 禁止空密碼的用戶登錄
UseDNS no               # 不使用DNS進行解析
GSSAPIAuthentication no # 會導致SSH連接慢

# ssh遠程連接服務滿解決方法
sed -ri '13 iPort 52113\nPermitRootLogin no\nPermitEmptyPasswords no\nUseDNS no\nGSSAPIAuthentication no' /etc/ssh/sshd_config

SSH優化

優化sshd_config

sed -i '13 iPort 52113\nPermitRootLogin no   \n   禁止root登錄
PermitEmptyPasswords no \n      #        禁止使用密碼
UseDNS no\n                     # 禁用DNS
GSSAPIAuthentication no'        #        禁用GSSAPI
sshd_config

檢查hosts解析

cat >>/etc/hosts <<EOF
39.108.140.0 blog
149.129.38.117 blog2
121.36.43.223 huawei 
49.233.69.195 tenxun 
116.196.83.113 jd 
EOF

useradd oldboy
echo "123456"|passwd --stdin youmen
su – youmen
ssh-keygen -t dsa   //非交互式創建密鑰  

#ssh-keygen是生產密鑰的工具 -t參數是指定密鑰的類型，這裡是建立dsa類型密鑰
#也可以使用ssh-keygen -t rsa來建立rsa類型密鑰

#RSA與DSA加密算法的區別
#RSA：是一種加密算法（PS：RSA也可以進行数字簽名的）它的簡寫的來由是RonRivest、Adi Shamir和LeonAdleman 這三個姓氏加在一起就是RSA

#DSA就是数字簽名算法的英文全稱的簡寫，即Digital Sigenature Algorithm=DSA

# RSA既可以進行加密，也可以進行数字簽名實現認證，而DSA只能用於数字簽名

分發密鑰

yum -y install sshpass
ssh-keygen -t rsa -P '' -f ~/.ssh/id_dsa &>/dev/null
sshpass -p youmen ssh -o StrictHostKeyChecking=no  root@192.168.43.159


# 一鍵生成密鑰對
ssh-keygen -t dsa -P '' -f ~/.ssh/id_dsa >/dev/null 2>&1

ssh-copy-id -i /root/.ssh/id_dsa.pub root@192.168.43.159
# -i 代表要發送的文件

# ssh-copy-id 只能發公鑰，不能發私鑰

# 1 免密碼登錄是單向的，方向從私鑰（鑰匙）==》公鑰（鎖）
# 2 SSH免密碼登錄基於用戶的，最好不要跨不同的用戶
# 3 ssh連接慢的問題解決

ssh批量管理步驟

# 1、ssh優化和hosts解析
# 2、創建用戶
# 3、生成密鑰對
# 4、分發公鑰到所有服務器 ssh-copy-id
# 5、測試 遠程連接ssh 遠程執行命令ssh ifconfig
# 遠程拷貝文件scp rsync-e隧道模式

ssh常見操作

將本地hosts發送指定IP

1. sudo提權實現沒有權限用戶拷貝

echo“youmenALL= NOPASSWD:/usr/bin/rsync ”>>/etc/sudoers

visudo -c 

scp -P52113 hosts oldboy@192.168.43.159：~	# 最好發送到家目錄下，直接發送到/下是沒有權限

ssh -p22 -t youmen@192.168.43.159 sudo rsync ~/hosts /etc/hosts
# 需要授權sudo權限

2. 使用suid實現沒有權限用戶拷貝

chmod u+s `which rsync`
scp -P22 hosts oldboy@192.168.43.159：~
ssh -p22 youmen@192.168.43.159 rsync ~/hosts  /etc/hosts

3. 使用root進行操作

# rsync使用
rsync -avz hosts -e ‘ssh -p 22’youmen@192.168.43.159:~
# 可以增量備份

查看hosts主機系統版本

 cat view.sh 
#!/bin/sh
for n in blog2 tenxun jd huawei 
do
  echo -n "====$n===="	
  ssh -p 22 $n $1		
done
[root@nginx_test ~]# sh view.sh "cat /etc/redhat-release"
====blog2====CentOS Linux release 7.3.1611 (Core) 
====tenxun====CentOS Linux release 7.6.1810 (Core) 
====jd====CentOS Linux release 7.6.1810 (Core) 
====huawei====CentOS Linux release 7.4.1708 (Core) 

分發文件

cat file.sh 
#!/bin/sh
. /etc/init.d/functions
if [ $# -ne 1 ];then 
    echo "USAGE:/bin/sh $0 FILENAME"	$
    exit 1    
fi
for n in blog2 tenxun jd huawei 
do
  echo -n "====$n===="	
  scp -P22 $1  $n: &>/dev/null
  if [ $? -eq 0 ];then
      action "dis $1 to $n" /bin/true
else
      action "$n" /bin/false
fi
done

sh file.sh /etc/hosts
====blog2====dis /etc/hosts to blog2                       [  OK  ]
====tenxun====dis /etc/hosts to tenxun                     [  OK  ]
====jd====dis /etc/hosts to jd                             [  OK  ]
====huawei====dis /etc/hosts to huawei                     [  OK  ]

SSH端口轉發簡介

SSH會自動加密和解密所有SSH客戶端與服務端之間的網絡數據。但是，SSH還能夠將其他TCP端口的網絡數據通SSH鏈接來轉發，並且自動提供了相應的加密及解密服務。這一過程也被叫做”隧道“（tunneling），這是因為SSH為其他TCP鏈接提供了一個安全的通道來進行傳輸而得名。例如，Telnet ，SMTP ，LDAP這些TCP應用均能夠從中得益，避免了用戶名，密碼以及隱私信息的明文傳輸。而與此同時，如果工作環境許中的防火牆限制了一些網絡端口的使用，但是允許SSH的連接，也能夠將通過將TCP用端口轉發來使用SSH進行通訊。

SSH端口轉發兩大功能

# 1. 加密SSH Client端至SSH Server端之間的通訊數據。
# 2. 突破防火牆的簡直完成一些之前無法建立的TCP連接。

本地轉發

命令 -L localport:remotehost:remotehostport sshserver

說明

localport　　　　　　#  本機開啟的端口號
remotehost　　　　　 #　最終連接機器的IP地址
remotehostport     #  轉發機器的端口號
sshserver　　　　　　#  轉發機器的IP地址

# -L 本機端口
# -f 後台啟用，可以在本機直接執行命令，無需另開新終端
# -N 不打開遠程shell，處於等待狀態，不跳到遠程主機，還在主機上，只是搭好了隧道，橋搭好，不ssh上去
# -g 啟用網關功能
# -R 服務端口

# 舉例:
ssh –L 9527:telnetsrv:23 -N sshsrv
telnet 127.0.0.1 9527
# 當訪問本機的9527的端口時，被加密後轉發到sshsrv的ssh服務，再解密被轉發到telnetsrv:23
data < >localhost:9527 < > localhost:XXXXX < > sshsrv:22 < > sshrv:yyyyy < > telnetsrv:23

環境背景

背景：企業內部C服務器只允許telnet連接（23端口）訪問，不允許外部直接訪問，B服務器是一個ssh服務器；有一個用戶需要從外部連接到企業內部的C服務器。

前提：防火牆允許22端口進來（或者企業內部有一個堡壘機，ssh -t通過堡壘機進去）。

原理： 數據一旦telnet以後，數據會發送到本機9527端口，再在本機開一個隨機端口，充當ssh客戶端，再把數據流量發送到22端口的ssh服務端，收到數據以後，解密數據，臨時開一個隨機端口充當客戶端，再把流量發送到23端口telnet服務端

機器： blogA用戶，huawei模擬B機器，tenxun模擬C機器

# ssh協議裏面封裝了telnet，一旦A連接了B主機，立即使用telnet連接C主機，此過程可以突破防火牆的限制
# 實驗
#　  A->C    訪問被限制
#    A-B->C　　使用B主機作為跳板突破訪問限制

配置步驟

C機器通過iptables拒絕A機器登錄

[root@C ~]# iptables -A INPUT -s 39.108.140.0 -j REJECT
[root@C ~]# yum -y install telnet-server xinetd
[root@C ~]# systemctl start telnet.socket
[root@C ~]# systemctl start xinetd
[root@C ~]# ss -tnl |grep 23
LISTEN     0      128       [::]:23                    [::]:*   

# 此時我們A機器是直接連接不上C機器的
[root@A ~]# ssh 49.233.69.195
ssh: connect to host 49.233.69.195 port 22: Connection refused

# 開啟端口轉發(telnet隧道)
[root@A ~]# ssh -L 10000:49.233.69.195:23 -Nf 121.36.43.223
# 通過本地9527端口訪問centos6-1服務器IP地址使用telnet協議23端口，跳板機ip地址

# 隧道已經搭建好了，此時A主機可以通過telnet訪問C主機
telnet 127.0.0.1 10000
Trying 127.0.0.1...
Connected to 127.0.0.1.
Escape character is '^]'.

Kernel 3.10.0-1062.9.1.el7.x86_64 on an x86_64
c login: youmen
Password: 
Last login: Fri Jun 12 22:32:04 from centos-b
[root@C ~]$

# 如何需要刪除這個連接使用killall ssh即可
killall ssh   # 刪除搭建的橋
telnet 127.0.0.1 10000
Trying 127.0.0.1...
telnet: connect to address 127.0.0.1: Connection refused

遠程轉發

遠程轉發機制

# -R sshserverport:remotehost:remotehostportsshserver

# 舉例
ssh–R 9527:telnetsrv:23 –N sshsrv
# 讓sshsrv偵聽9527端口的訪問，如有訪問，就加密后通過ssh服務轉發請求到本機ssh客戶端，再由本機解密後轉發到telnetsrv:23
Data < > sshsrv:9527 < > sshsrv:22 < > localhost:XXXXX < > localhost:YYYYY< >telnetsrv:23

# 需求:
# 在A(Centos7)上開啟smtp服務（postfix)，B(Centos6)做跳板，C(Centos6-1)客戶端給Centos7發送郵件

# 流程解釋
C-x->A    （拒絕訪問）
C-B->A      （通過遠程代理，接受訪問）  

環境依然是上面三台機器,只是C服務器換成116.196.83.113 (JD)這台服務器

配置步驟

[root@A ~]# vim /etc/postfix/main.cf 
# inet_interfaces = localhost  # 註釋此行,不讓接口直接綁定在127.0.0.1上
[root@A ~]# systemctl restart postfix
[root@A ~]# ss -tnl |grep 25
LISTEN     0      100          *:25                       *:*                  
LISTEN     0      100         :::25                      :::*  

[root@A ~]# yum -y install telnet-server
[root@A ~]# systemctl start telnet.socket

# 如果B上面有一些影響的防火牆規則就將它刪掉
[root@B ~]# iptables -nL --line-number
[root@B ~]# iptables -D INPUT 1

# 測試下C能不能telnet 25端口連接A
[root@C ~]# 39.108.140.0 25
Trying 39.108.140.0...
Connected to 39.108.140.0.
Escape character is '^]'.
220 nginx_test.localdomain ESMTP Postfix

# 設置防火牆策略,使A不接受C的一切請求
[root@A ~]# iptables -A INPUT -s 39.108.140.0 -j REJECT
[root@C ~]# telnet 39.108.140.0 25
Trying 39.108.140.0...
telnet: connect to address 39.108.140.0: Connection refused

# 使用B遠程轉發,發送郵件到
[root@B ~]# ssh-copy-id root@116.196.83.113:
# 使用B遠程轉發,發送郵件到A,最好免密,否則需要手動口令驗證
[root@B ~]#  ssh -R 50000:39.108.140.0:25 -fN 121.36.43.223

# 此時可以到C跳板機看到已經有端口在監聽了
[root@C ~]# ss -tnl |grep 50000
LISTEN     0      128    127.0.0.1:50000                    *:*                

[root@C ~]# telnet 127.0.0.1 5000
Trying 127.0.0.1...
telnet: connect to address 127.0.0.1: Connection refused
[root@zabbix ~]# telnet 127.0.0.1 50000
Trying 127.0.0.1...
Connected to 127.0.0.1.
Escape character is '^]'.
220 nginx_test.localdomain ESMTP Postfix
mail from:youmen@163.com      
250 2.1.0 Ok

openssh升級

下載地址

http://ftp.openbsd.org/pub/OpenBSD/OpenSSH/portable/

具體升級步驟

# 記錄sshd.pid路徑
find / -name sshd.pid

# 查看openssh現有版本
ssh -V

# 使用rpm刪除現有的openssh
rpm -e --nodeps $(rpm -qa | grep openssh)

# 刪除舊的配置文件
rm -rf /etc/ssh/*

# 安裝openssl-devel
yum -y install openssl-devel

# 下載tar.gz包,配置編譯,安裝
wget http://ftp.openbsd.org/pub/OpenBSD/OpenSSH/portable/openssh-8.0p1.tar.gz

# 編譯並安裝
tar xvf openssh-8.0p1.tar.gz 
cd openssh-8.0p1
./configure --prefix=/usr/ --sysconfdir=/etc/ssh/ --with-ssl-dir=/etc/ssl --with-md5-passwords --mandir=/usr/share/man/
make && make install

# 設置ssh服務開機自啟動
# 複製啟動文件至/etc/init.d/
cp -a contrib/redhat/sshd.init /etc/init.d/sshd
     
# 編輯/etc/init.d/sshd文件, 將PID_FILE改為之前記下的sshd.pid路徑
    sed -i "s/PID_FILE=\/var\/run\/sshd.pid/PID_FILE=\/run\/sshd.pid/" /etc/init.d/sshd
     
# 設置開機啟動sshd
    chkconfig sshd on
    chkconfig --list sshd
    
    
# 編輯/etc/ssh/sshd_config, 設置一些常用參數
sed -i "s/#PermitRootLogin prohibit-password/PermitRootLogin yes/" /etc/ssh/sshd_config
sed -i "s/#PubkeyAuthentication yes/PubkeyAuthentication yes/" /etc/ssh/sshd_config
sed -i "s/#PasswordAuthentication yes/PasswordAuthentication yes/" /etc/ssh/sshd_config
sed -i "s/#AllowTcpForwarding yes/AllowTcpForwarding yes/" /etc/ssh/sshd_config
sed -i "s/#X11Forwarding no/X11Forwarding yes/" /etc/ssh/sshd_config
sed -i "s/#PidFile \/var\/run\/sshd.pid/PidFile \/run\/sshd.pid/" /etc/ssh/sshd_config

# 加入系統服務
cat > /usr/lib/systemd/system/sshd.service  << EOF
[Unit]
Description=OpenSSH server daemon
Documentation=man:sshd(8) man:sshd_config(5)
#After=network.target sshd-keygen.service
#Wants=sshd-keygen.service
After=network.target
[Service]
ExecStart=/usr/sbin/sshd
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

# 啟用sshd服務
systemctl enable sshd
# 重啟服務
systemctl restart sshd
# 查看服務狀態
systemctl status sshd

# 驗證
ssh -V
OpenSSH_8.0p1, OpenSSL 1.0.2k-fips  26 Jan 2017

SSH設置登錄歡迎信息

到/etc/motd裏面編寫內容,看個人愛好

[root@nginx_test ~]# cat /etc/motd 
　　／＼／＼
　 (_人｜人_)
　　 ／‥＼
　 ミ(_Ｙ_)ミ
　　 ＞　＜
　　(／　＼)
　 _(　　　)_
　(＿＞―＜＿)

# 關閉當前會話再登錄
　　／＼／＼
　 (_人｜人_)
　　 ／‥＼
　 ミ(_Ｙ_)ミ
　　 ＞　＜
　　(／　＼)
　 _(　　　)_
　(＿＞―＜＿)
[root@nginx_test ~]#

小熊圖案

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前言

  首先給大家說聲對不起,最近屬實太忙了,白天上班,晚上加班,回家還要收拾家裡,基本每天做完所有事兒都是凌晨一兩點了,沒有精力再搞其他的了.
  好了,進入正題,讓我們來聊聊JVM篇最後一個章節—-JVM性能調優.童鞋們隨便打開一個大廠的招聘崗位JD,應該都會有JVM調優相關的描述,其實招聘方不一定要求候選人真的對JVM調優有實際調優經驗,但是至少得有思路,知道應該怎樣進行JVM層面的性能調優,說實話,知道如何進行JVM層面的性能調優的人,在面試中確實是有加分的.
  筆者在公司擔任面試官的時候,經常會看到候選人簡歷描述有JVM性能調優經驗,每當這個時候我都會問候選人一個問題,你是如何進行JVM性能調優的,很多童鞋的回答就是:噢,就是調整一下初始堆大小,新生代大小.這明顯不是筆者想要的答案,因為這根本就不叫JVM性能調優.童鞋們對號入座一下,對JVM調優僅僅是我上述說的那樣的,趕緊改一下簡歷,不要說自己會JVM性能調優.說實話,對JVM進行性能調優是對架構師的要求,甚至我敢說很多架構師都不一定有實際的JVM性能調優經驗.話不多說,讓我們進入正題,我們將從以下幾點來講解如何進行性能調優:

• JVM性能調優的前提
• JVM性能調優的預備知識
• STW現象–Stop-The-World
• 垃圾回收器的種類
• 性能調優的目的
• 如何進行性能調優

JVM性能調優的前提

  所有有經驗的架構師一定會有一個共識,JVM層面的性能調優一定是作為最後的調優手段,在此之前,一定要確保系統其它方面都已經做到了極致,無法再進行調優了,在這個前提下,才會考慮JVM性能調優.這裏的其他方面包括從前端到架構到代碼層面,我舉一些例子
從瀏覽器/APP角度可進行的優化有:

• 減少HTTP請求次數.
• 使用客戶端緩存.
• 瀏覽器啟用壓縮
• 使用CDN加速
• 動態資源和靜態資源分離

從系統層面可進行的優化有:

• 啟用緩存,比如redis緩存數據
• 使用集群
• 異步處理,比如引入消息隊列
• 對代碼的優化

  以上列出的每一點,都能單獨拎出來講很久,但是博文篇幅問題,就不細說了,有興趣的童鞋可以自行下去了解,我們只着重說一下代碼優化,相信大家都知道,業界比較公認的編碼規範是阿里巴巴發布的<java開發手冊>,裏面的內容都是阿里集團多年來血的教訓積累的精華,阿里集團內部有一個組織專門負責手冊的編寫和推廣,並且在不斷進行優化,最新版發布到泰山版了(我看的時候還是華山版,哈哈).如果有童鞋還不知道的,我建議去下載下來看一看.另外阿里雲上有<java開發手冊>的考試,如果通過了這個考試,說明你的編碼規範還是不錯的,有興趣的童鞋可以去試一下.
  除此之外,童鞋們還應該了解JVM本身為我們悄悄做的各種優化,其中最重要的是JIT編譯器的優化.我舉幾個例子,比如:方法內聯,逃逸分析等.默認情況下,這些都是開啟的,如果不開啟這些功能,JVM性能會下降50%以上.除此之外,還有一些比如:棧上分配,TLAB等優化.這些內容由於平時我們開發中不會用到,是JVM在背後悄悄為我們做了優化,因此可能很多童鞋都不知道,但是如果想成為一個合格的架構師,這些內容都是必須要知道的,畢竟架構師的知識廣度和深度決定了架構師的高度.
  除此之外,性能調優一定是基於性能測試的,空口說進行性能調優的都是耍流氓,只有在經過了實際的性能測試后,我們才知道系統的瓶頸在哪裡,才知道那些方面需要進行調優,如何進行調優.常用的性能測試指標有TPS/QPS/吞吐量.並且默認所有的接口訪問都遵循二八原則(接口每天80%的訪問量集中在20%的時間內).

JVM性能調優的預備知識

  在進行JVM性能調優之前,我們還得了解JVM,比如我前面的幾篇有關JVM的博文,都是需要掌握的,比如JVM內存模型,垃圾回收機制等等.另外我們還需要掌握一些進行JVM分析的工具.其實在我們安裝JDK的時候,JDK已經為我們準備了許多有用的性能調優監控工具,我們可以看一下JDK安裝目錄下的bin目錄:

• jps: 主要用來輸出JVM中運行的進程狀態信息
• jstack: 主要用來查看某個Java進程內的線程堆棧信息
• jmap: 用來查看堆內存使用狀況,一般結合jhat使用
• jstat: JVM統計監測工具
• jconsole: 圖形化的統計工具
• jvisualvm: 比jconsole功能更強的圖形化的監控工具

  另外我們需要知道,當JVM發生OOM異常時,可以使用命令生成一個.hprof後綴的dump文件,該文件是某個時間節點的heap的快照,我們可以使用VisualVM來查看,也可以用第三方提供的一些工具,比如eclipse的MAT來查看內存溢出的原因.

STW現象

  所謂STW現象(Stop-The-World)是指在執行垃圾收集算法時,Java應用程序的其他所有線程(除了垃圾收集線程之外的線程)都被掛起.此時,系統只允許GC線程繼續運行,其他線程全部暫停,等待GC線程執行完畢后才能繼續執行.這些工作都是由虛擬機在後台自動發起和自動完成的,是在用戶不可見的情況下把用戶正常工作的線程全部停掉,舉個例子,某個接口平時可能只需要50ms的RT,忽然某次調用花費了200ms.因此STW對實時性要求很高的系統來說是難以接受的.

垃圾回收器的種類

  既然有STW現象,那麼有沒有解決方案呢?這就是我們接下來要講的,垃圾回收器的種類,目前為止,JVM一共為我們提供了七種垃圾回收器,其中年輕代有三種,老年代有三種,另外還有一種特殊的G1:

  當然,在更新版本的JDK中還有一種ZGC,為未來垃圾回收器提供了一種趨勢,有興趣的童鞋可以自行了解.

性能調優的目的和具體過程

  有了前面的鋪墊,終於來到了我們最重要的正題:如何進行JVM性能調優?在我看來JVM調優的具體步驟分為如下幾步:

• 確定調優的目的,選擇合適的GC collector
• 調整JVM heap的大小
• 調整young generation在整個JVM heap中所佔的比重.

確定調優的目的,選擇合適的GC collector

  由於每種垃圾回收器的特性並不相同,因此我們需要根據我們的調優目的選擇合適的垃圾回收器,比如,我們需要降低STW的停頓時間,那我們就不能選用串行和并行的垃圾回收器,而應該選用併發的垃圾回收器,即CMS,與之搭配的新生代垃圾回收器就應該選用ParNew.目前一般主流互聯網公司都是用CMS垃圾回收器.

調整JVM heap的大小

  確定了垃圾回收器的類型,就需要調整JVM heap的大小,在這一步的時候,首先我們需要了解JVM相關的一些指令,比如可以在啟動java程序時加上
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError,當發生OOM時,JVM會自動為我們生成DUMP文件
-XX:+PrintGCDetails -Xloggc:D:\gclogger\gc.log -XX:+PrintGCDateStamps 生成GC日誌
-Xms2g -Xmx2g 當然,還應該要根據實際情況設置heap的最大最小值,童鞋們要知道,默認情況下,java程序啟動的最小heap大小為1/64物理內存,最大值為1/4物理內存,一般要求我們最大最小值保持一致,避免JVM頻繁擴容和縮容導致不必要的性能浪費.

調整young generation在整個JVM heap中所佔的比重.

  確定了heap的大小,還需要確定新生代的比重
–Xmn1500m -XX:MetaspaceSize=150M

  當然,再厲害的架構師也不可能一次就調整得出最佳的JVM配置參數,而是應該多設置幾組不同的值,放到生產環境(或者和生產環境一樣的環境,比如阿里內部有預發環境,和生產環境保持一致)進行性能測試,通過對比結果得出最佳的JVM性能調優參數,完成JVM性能調優.

總結

  讀完了本篇文章,我相信童鞋們應該或多或少會有些收穫.掌握JVM調整的核心步驟:

• 確定調優的目的,選擇合適的GC collector
• 調整JVM heap的大小
• 調整young generation在整個JVM heap中所佔的比重.
    不了解如何進行JVM的調優的人,把本文內容好好理解后,能讓面試官刮目相看;了解JVM調優,但是條理不清晰的童鞋,可能會對JVM調優有更清晰的認識.總而言之,筆者認為本文是一篇滿滿的乾貨,網上許多講JVM調優的博文,並沒有這麼系統的講解過真正應該如何進行JVM調優.當然筆者能力有限,如文章有錯誤,歡迎指正,畢竟是人就會犯錯.
    PS:一入JVM深似海,從此再也出不來.對JVM有興趣的童鞋,可以鑽研,但是在經驗不足之前,不建議太過深入了解JVM,否則會耽誤自己.當然,立志要成為一名牛逼的架構師,這些都是必須要會的.
    本文我們講完了JVM,下一篇開始,讓我們繼續學習JAVA鎖相關的內容.
    如果覺得博主寫的不錯,歡迎關注博主微信公眾號,博主會不定期分享技術乾貨!

本文由博客一文多發平台 OpenWrite 發布！

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