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vmstat命令详解

2022-01-18 15:01  清风软件测试开发  阅读(384)  评论(0编辑  收藏  举报

vmstat命令详解

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:

复制代码
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
复制代码

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。

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,表示在等待资源的进程数,比如正在等待I/O、或者内存交换等。

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  读磁盘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 写磁盘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。

 

类别

项目

含义

说明

Procs(进程)

r

等待执行的任务数

展示了正在执行和等待cpu资源的任务个数。当这个值超过了cpu个数,就会出现cpu瓶颈。

b

阻塞的进程数

表示在等待资源的进程数,比如正在等待I/O、或者内存交换等。

Memory(内存)

swpd

正在使用虚拟的内存大小,单位k

 

free

空闲内存大小

 

buff

已用的buff大小,对块设备的读写进行缓冲

 

cache

已用的cache大小,文件系统的cache

 

inact

非活跃内存大小,即被标明可回收的内存,区别于free和active

具体含义见:概念补充(当使用-a选项时显示)

active

活跃的内存大小

具体含义见:概念补充(当使用-a选项时显示)

Swap

si

每秒从交换区写入内存的大小(单位:kb/s)

 

so

每秒从内存写到交换区的大小

 

IO

bi

每秒读取的块数(读磁盘)

块设备每秒接收的块数量,单位是block,这里的块设备是指系统上所有的磁盘和其他块设备,现在的Linux版本块的大小为1024bytes

bo

每秒写入的块数(写磁盘)

块设备每秒发送的块数量,单位是block

system

in

每秒中断数,包括时钟中断

这两个值越大,会看到由内核消耗的cpu时间sy会越多

 

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

cs

每秒上下文切换数

CPU(以百分比表示)

us

用户进程执行消耗cpu时间(user time)

us的值比较高时,说明用户进程消耗的cpu时间多,但是如果长期超过50%的使用,那么我们就该考虑优化程序算法或其他措施了

sy

系统进程消耗cpu时间(system time)

sys的值过高时,说明系统内核消耗的cpu资源多,这个不是良性的表现,我们应该检查原因。这里us + sy的参考值为80%,如果us+sy 大于 80%说明可能存在CPU不足

Id

空闲时间(包括IO等待时间)

一般来说 us+sy+id=100

wa

等待IO时间

wa过高时,说明io等待比较严重,这可能是由于磁盘大量随机访问造成的,也有可能是磁盘的带宽出现瓶颈。

 

Solairs系统下vmstat输出释疑

 

vmstat 5 5

  procs        memory                        page                 disk                    faults            cpu

r   b  w   swap       free      re  mf   pi  po  fr  de  sr    s1  s1   --   --    in    sy   cs     us  sy  id

0  0  0  704968  207640    0   1     2   0   0   0    0     0    0     0   0   302   6   31     0    0  100

0  0  0  705048  206728    1   2     0   0   0   0    0     0    0     0   0   302   4   34     0    0  100

0  0  0  705048  206728    0   0     0   0   0   0    0     0    0     0   0   302   3   35     0    0  100

0  0  0  705048  206728    0   0     0   0   0   0    0     0    0     0   0   301   3   34     0    0  100

0  0  0  705048  206728    0   0     0   0   0   0    0     0    0     0   0   302   6   35     0    0  100

procs

r 列表示在运行队列中等待的进程数。

b 列表示在等待资源的进程数,比如正在等待I/O、或者内存交换等。

w 列表示可以进入运行队列但被交换出来的进程

cpu 表示cpu的使用状态

us 列显示了用户方式下所花费 CPU 时间的百分比。一个 UNIX 进程可以在用户方式下执行,也可以在系统(内核)方式下执行。当在用户方式下时,进程在它自己的应用程序代码中执行,不需要内核资源来进行计算、管理内存或设置变量。

sy 列详述了 CPU 在系统方式下执行一个进程所花时间的百分比。这包括内核进程(kprocs)和其它需要访问内核资源的进程所消耗的 CPU 资源。如果一个进程需要内核资源,它必须执行一个系统调用,并由此切换到系统方式从而使该资源可用。例如,对一个文件的读或写操作需要内核资源来打开文件、寻找特定的位置,以及读或写数据,除非使用内存映射文件。这里us + sy的参考值为80%,如果us+sy 大于 80%说明可能存在CPU不足。

id 列显示了没有未决本地磁盘 I/O 时 CPU 空闲或等待的时间百分比。

faults 显示采集间隔内发生的中断数

in 列表示在某一时间间隔中观测到的每秒设备中断数。iostat命令输出更有参考意义。

sy 列表示在某一时间间隔中观测到的每秒系统调用次数。通过明确的系统调用,用户进程可以使用资源。这些调用指示内核执行调用线程的操作,并在内核和该进程之间交换数据。因为工作负载和应用程序变化很大,不同的调用执行不同的功能,所以不可能定义每秒钟有多少系统调用才算太多。这里设置参考值为10000,超过10000,用户需要注意。

cs 列表示,如当 cs 比磁盘 I/O 和网络信息包速率高得多,都应进行进一步调查。

memory

swap 当前可用内存交换区容量(k表示)。

free 当前的空闲页面列表中内存数量(k表示)

page

re 列表示回收的页面数。

mf 列表示小级别错误计数。

pi 列表示进入页面数 (k表示)。

po 列表示出页面数(k表示)。

fr 列表示空余的页面数(k表示)。

de 列表示提前读入的页面中的未命中数。

sr 列表示通过时钟算法扫描的页面计数

常见问题处理方法

如果 r 经常大于4,且id经常少于40,表示cpu的负荷很重。

如果pi,po长期不等于0,表示内存不足。

如果 disk 经常不等于0,且在b 中的队列大于3,表示io性能不好。

1,如果在processes中运行的序列(process r)是连续的大于在系统中的CPU的个数表示系统现在运行比较慢,有多数的进程等待CPU。

2,如果r的输出数大于系统中可用CPU个数的4倍的话,则系统面临着CPU短缺的问题,或者是CPU的速率过低,系统中有多数的进程在等待CPU,造成系统中进程运行过慢。

3,如果空闲时间(cpu id)持续为0并且系统时间(cpu sy)是用户时间的两倍(cpu us)系统则面临着CPU资源的短缺。

当发生以上问题的时候请先调整应用程序对CPU的占用情况.使得应用程序能够更有效的使用CPU.同时可以考虑增加更多的CPU.  关于CPU的使用情况还可以结合mpstat,  ps aux top  prstat –a等等一些相应的命令来综合考虑关于具体的CPU的使用情况,和那些进程在占用大量的CPU时间.一般情况下,应用程序的问题会比较大一些.比如一些sql语句不合理等等都会造成这样的现象.

内存问题现象:

内存的瓶颈是由scan rate (sr)来决定的.scan rate是通过每秒的始终算法来进行页扫描的.如果scan rate(sr)连续的大于每秒200页则表示可能存在内存缺陷.同样的如果page项中的pi和po这两栏表示每秒页面的调入的页数和每秒调出的页数.如果该值经常为非零值,也有可能存在内存的瓶颈,当然,如果个别的时候不为0的话,属于正常的页面调度这个是虚拟内存的主要原理.

解决办法: 
1.调节applications & servers使得对内存和cache的使用更加有效.

2.增加系统的内存.

3. Implement priority paging in s in pre solaris 8 versions by adding line "set priority paging=1" in /etc/system. Remove this line if upgrading from Solaris 7 to 8 & retaining old /etc/system file.

关于内存的使用情况还可以结合 ps aux top  prstat –a等等一些相应的命令来综合考虑关于具体的内存的使用情况,和那些进程在占用大量的内存.一般情况下,如果内存的占用率比较高,但是,CPU的占用很低的时候,可以考虑是有很多的应用程序占用了内存没有释放,但是,并没有占用CPU时间,可以考虑应用程序,对于未占用CPU时间和一些后台的程序,释放内存的占用。

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。

常见性能问题分析

 IO/CPU/men连锁反应-----------------------------

    1.free急剧下降
    2.buff和cache被回收下降,但也无济于事
    3.依旧需要使用大量swap交换分区swpd
    4.等待进程数,b增多
    5.读写IO,bi bo增多
    6.si so大于0开始从硬盘中读取
    7.cpu等待时间用于 IO等待,wa增加


内存不足------------------------------------------------

    1.开始使用swpd,swpd不为0
    2.si so大于0开始从硬盘中读取


io瓶颈---------------------------------------------------

    1.读写IO,bi bo增多超过2000
    2.cpu等待时间用于 IO等待,wa增加 超过20
    3.sy 系统调用时间长,IO操作频繁会导致增加 >30%
    4.wa io等待时间长
        iowait% <20%            良好
        iowait% <35%            一般
        iowait% >50%
    5.进一步使用iostat观察


CPU瓶颈:load,vmstat中 r

    1.反应为CPU队列长度
    2.一段时间内,CPU正在处理和等待CPU处理的进程数之和,直接反应了CPU的使用和申请情况。
    3.理想的load average:核数*CPU数*0.7
        CPU个数:grep 'physical id' /proc/cpuinfo | sort -u
        核数:grep 'core id' /proc/cpuinfo | sort -u | wc -l
    4.超过这个值就说明已经是CPU瓶颈了


CPU瓶颈-----------------------------------------------

    1.us 用户CPU时间高超过90%
涉及到web服务器,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。
    1.cs可以对apache和nginx线程和进程数限制起到一定的参考作用
    2.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
较好的趋势:主要是 swap使用少,swpd数值低。si   so每秒从磁盘读入/写入虚拟内存的大小数值趋近于零。