Linux系统内存监控、性能诊断工具vmstat命令详解

最近,烦心事有点多,博客也像是进入了便秘期。虽然还远远不到说放弃的地步,但总有一种挤不出牙膏的郁闷感。很怀念前几个月的冲劲和激情,一天都能存好几篇优质草稿。

看来,张戈博客是首次进入瓶颈阶段了!没办法了,先转点基础教程充门面,当然也是为了温故而知新。

vmstat 命令是最常见的 Linux/Unix 监控工具,可以展现给定时间间隔的服务器的状态值,包括服务器的 CPU 使用率,内存使用,虚拟内存交换情况,IO 读写情况。这个命令是我查看 Linux/Unix 最喜爱的命令,一个是 Linux/Unix 都支持,二是相比 top,我可以看到整个机器的 CPU,内存,IO 的使用情况,而不是单单看到各个进程的 CPU 使用率和内存使用率(使用场景不一样)。

一般 vmstat 工具的使用是通过两个数字参数来完成的,第一个参数是采样的时间间隔数,单位是秒,第二个参数是采样的次数,如:

root@ubuntu:~# vmstat 2 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa
 1  0      0 3498472 315836 3819540    0    0     0     1    2    0  0  0 100  0

2 表示每个两秒采集一次服务器状态,1 表示只采集一次。

实际上,在应用过程中,我们会在一段时间内一直监控,不想监控直接结束 vmstat 就行了,例如:

root@ubuntu:~# vmstat 2  
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa
 1  0      0 3499840 315836 3819660    0    0     0     1    2    0  0  0 100  0
 0  0      0 3499584 315836 3819660    0    0     0     0   88  158  0  0 100  0
 0  0      0 3499708 315836 3819660    0    0     0     2   86  162  0  0 100  0
 0  0      0 3499708 315836 3819660    0    0     0    10   81  151  0  0 100  0
 1  0      0 3499732 315836 3819660    0    0     0     2   83  154  0  0 100  0

这表示 vmstat 每 2 秒采集数据,一直采集,直到我结束程序,这里采集了 5 次数据我就结束了程序。

好了,命令介绍完毕,现在开始实战讲解每个参数的意思。

①、Linux 内存监控 vmstat 命令输出分成六个部分:

(1)进程procs: 
    r:在运行队列中等待的进程数 。
    b:在等待io的进程数 。
 
 
(2)Linux 内存监控内存memoy: 
    swpd:现时可用的交换内存(单位KB)。 
    free:空闲的内存(单位KB)。
    buff: 缓冲去中的内存数(单位:KB)。
    cache:被用来做为高速缓存的内存数(单位:KB)。
 
 
(3) Linux 内存监控swap交换页面 
    si: 从磁盘交换到内存的交换页数量,单位:KB/秒。
    so: 从内存交换到磁盘的交换页数量,单位:KB/秒。
 
 
(4)Linux 内存监控 io块设备:
    bi: 发送到块设备的块数,单位:块/秒。
    bo: 从块设备接收到的块数,单位:块/秒。
 
 
(5)Linux 内存监控system系统: 
    in: 每秒的中断数,包括时钟中断。
    cs: 每秒的环境(上下文)转换次数。
 
 
(6)Linux 内存监控cpu中央处理器:
    cs:用户进程使用的时间 。以百分比表示。
    sy:系统进程使用的时间。 以百分比表示。
    id:中央处理器的空闲时间 。以百分比表示。
 
常见诊断:
1.假如 r 经常大于4 ,且 id 经常小于40,表示中央处理器的负荷很重
2.假如 bi,bo 长期不等于0,表示物理内存容量太小

②、其中每个参数的意思如下:

r 表示运行队列(就是说多少个进程真的分配到 CPU),我测试的服务器目前 CPU 比较空闲,没什么程序在跑,当这个值超过了 CPU 数目,就会出现 CPU 瓶颈了。这个也和 top 的负载有关系,一般负载超过了 3 就比较高,超过了 5 就高,超过了 10 就不正常了,服务器的状态很危险。top 的负载类似每秒的运行队列。如果运行队列过大,表示你的 CPU 很繁忙,一般会造成 CPU 使用率很高。

b 表示阻塞的进程,这个不多说,进程阻塞,大家懂的。

swpd 虚拟内存已使用的大小,如果大于 0,表示你的机器物理内存不足了,如果不是程序内存泄露的原因,那么你该升级内存了或者把耗内存的任务迁移到其他机器。

free   空闲的物理内存的大小,我的机器内存总共 8G,剩余 3415M。

buff   Linux/Unix 系统是用来存储,目录里面有什么内容,权限等的缓存,我本机大概占用 300 多 M

cache cache 直接用来记忆我们打开的文件,给文件做缓冲,我本机大概占用 300 多 M(这里是 Linux/Unix 的聪明之处,把空闲的物理内存的一部分拿来做文件和目录的缓存,是为了提高 程序执行的性能,当程序使用内存时,buffer/cached 会很快地被使用。)

si  每秒从磁盘读入虚拟内存的大小,如果这个值大于 0,表示物理内存不够用或者内存泄露了,要查找耗内存进程解决掉。我的机器内存充裕,一切正常。

so  每秒虚拟内存写入磁盘的大小,如果这个值大于 0,同上。

bi  块设备每秒接收的块数量,这里的块设备是指系统上所有的磁盘和其他块设备,默认块大小是 1024byte,我本机上没什么 IO 操作,所以一直是 0,但是我曾在处理拷贝大量数据(2-3T)的机器上看过可以达到 140000/s,磁盘写入速度差不多 140M 每秒

bo 块设备每秒发送的块数量,例如我们读取文件,bo 就要大于 0。bi 和 bo 一般都要接近 0,不然就是 IO 过于频繁,需要调整。

in 每秒 CPU 的中断次数,包括时间中断

cs 每秒上下文切换次数,例如我们调用系统函数,就要进行上下文切换,线程的切换,也要进程上下文切换,这个值要越小越好,太大了,要考虑调低线程或者进程的数目,例如在 apache 和 nginx 这种 web 服务器中,我们一般做性能测试时会进行几千并发甚至几万并发的测试,选择 web 服务器的进程可以由进程或者线程的峰值一直下调,压测,直到 cs 到一个比较小的值,这个进程和线程数就是比较合适的值了。系统调用也是,每次调用系统函数,我们的代码就会进入内核空间,导致上下文切换,这个是很耗资源,也要尽量避免频繁调用系统函数。上下文切换次数过多表示你的 CPU 大部分浪费在上下文切换,导致 CPU 干正经事的时间少了,CPU 没有充分利用,是不可取的。

us 用户 CPU 时间,我曾经在一个做加密解密很频繁的服务器上,可以看到 us 接近 100,r 运行队列达到 80(机器在做压力测试,性能表现不佳)。

sy 系统 CPU 时间,如果太高,表示系统调用时间长,例如是 IO 操作频繁。

id  空闲 CPU 时间,一般来说,id + us + sy = 100,一般我认为 id 是空闲 CPU 使用率,us 是用户 CPU 使用率,sy 是系统 CPU 使用率。

wt 等待 IO CPU 时间。

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