Linux命令拾遗-软件资源观测
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简介
这是Linux命令拾遗系列的第三篇，本篇主要介绍Linux中观测软件资源的命令，如ps、netstat、lsof，以及查看进程信息的宝库/proc目录。
本系列文章索引
Linux命令拾遗-入门篇
Linux命令拾遗-文本处理篇
系统资源常分为两类，一类是软件资源，如进程、线程、文件描述符、socket连接，偏开发视角，另一类是硬件资源，如CPU、内存、硬盘、网络，偏运维视角，而本章主要介绍Linux中与观测软件资源有关的命令。
ps查看进程相关信息
相信ps命令大家也比较熟悉，主要是用来列出进程的，基本用法如下：
# 列出所有进程，-e表示列出所有进程，-f表示列出进程详细信息
$ ps -ef
# 也是列出所有进程，这是从BSD系统中保留过来的用法
$ ps aux
# -C java指定列出java进程
$ ps -fC java
# 列出java进程的pid,cpu使用率,内存使用率，-o指定列出的字段
$ ps -o pid,pcpu,pmem -C java
# 列出pid=328的进程，-p指定列出具体进程
$ ps -fp 328
# 列出前10个进程，cpu及内存倒序排序，--sort指定排序字段
ps aux --sort -pcpu,-pmem | head -n 10
上面用法在网上是很常见的，下面这些就不太常见了，但也很有用，如下：
- 查看进程启动时间。
有时进程在非常频繁的重启，会导致系统CPU升高，可通过查看进程启动时间来推断是否刚重启了。
# 查看各java进程启动时间与已运行时长
$ ps -o lstart,etime -C java
STARTED ELAPSED
Fri Oct 22 20:33:31 2021 10:05
- 查看进程的线程数量。
因为在Linux中，线程也叫做轻量级进程Light Weight Process(LWP)，所以查看LWP数量就是线程数量。
# 查看各java进程的线程数量
$ ps -o pid,nlwp -C java
PID NLWP
2121 21
- 查看运行与阻塞状态的线程数量
如果系统CPU使用率很高，我们可以通过top命令进一步找到是哪个进程占用cpu高，但在某些特殊场景下，可能会发现系统负载很高，但CPU使用率不高，这是由于Linux系统负载综合考察了系统中正在运行(R状态)的线程数量以及阻塞于IO(D状态)的线程数量，如果线程全阻塞于IO调用，就可能出现此现象。
这时可以尝试用下面方法统计各进程运行与阻塞线程数量，以判断是哪个进程导致了问题。
# 看进程运行及阻塞的线程数量之和，其中h表示不打印标题行，-L表示显示线程而不是进程
$ ps h -eLo s,pid | grep ^[RD] |sort|uniq -c|sort -nrk1
/proc目录
在Linux系统中，进程的信息，都被虚拟到/proc目录中了，而ps命令不过是从这个目录中读取数量，并展示出来罢了。
而/proc/397/就表示397这个进程相关信息的起始目录，如下：
$ ll /proc/397/
total 0
dr-xr-xr-x 2 work work 0 2021-10-17 21:41:53 attr
-r-------- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 auxv
-r--r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 cgroup
-r--r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:41 cmdline
-rw-r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 comm
-rw-r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 coredump_filter
-r--r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 cpuset
lrwxrwxrwx 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 cwd -> /home/work
-r-------- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 environ
lrwxrwxrwx 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 exe -> /usr/bin/ncat
dr-x------ 2 work work 0 2021-10-17 21:41:53 fd
dr-x------ 2 work work 0 2021-10-17 21:41:53 fdinfo
-r-------- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 io
-r--r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 limits
dr-x------ 2 work work 0 2021-10-17 21:41:53 map_files
-r--r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 maps
-rw------- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 mem
-r--r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 mounts
dr-xr-xr-x 12 work work 0 2021-10-17 21:41:53 net
dr-x--x--x 2 work work 0 2021-10-17 21:41:53 ns
-rw-r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 oom_adj
-r--r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 oom_score
-rw-r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 oom_score_adj
lrwxrwxrwx 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 root -> /
-rw-r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 sched
-r--r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 schedstat
-rw-r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 setgroups
-r--r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 smaps
-r-------- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 stack
-r--r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:41 stat
-r--r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:41 status
-r-------- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 syscall
dr-xr-xr-x 3 work work 0 2021-10-17 21:41:53 task
-r--r--r-- 1 work work 0 2021-10-17 21:41:53 timers
可见内容是相当的多，我们来看看这里面常见的项：
# cmdline保存了进程启动的命令行
$ cat /proc/397/cmdline|xargs -0
ncat -lk 8888
# cwd是个软链接，指向了进程的工作目录
$ readlink /proc/397/cwd
/home/work
# environ保存了进程的环境变量
$ cat /proc/397/environ
# exe是个软链接，指向了启动进程的命令程序
$ readlink /proc/397/exe
/usr/bin/ncat
# status存储进程一些基础信息
$ cat /proc/397/status
Name: ncat
Umask: 0022
State: S (sleeping)
Tgid: 397
Ngid: 0
Pid: 397
PPid: 31607
TracerPid: 0
Uid: 1000 1000 1000 1000
Gid: 1000 1000 1000 1000
# /task目录保存进程的线程相关信息
cat /proc/397/task/
# fd目录里面保存着进程打开的文件描述符，可以用来查看进程打开了什么文件，打开了多少网络连接
$ ll /proc/397/fd
total 0
lrwx------ 1 work work 64 2021-10-17 21:47:23 0 -> /dev/pts/3
l-wx------ 1 work work 64 2021-10-17 21:47:23 1 -> /home/work/app.log
lrwx------ 1 work work 64 2021-10-17 21:47:23 2 -> /dev/pts/3
lrwx------ 1 work work 64 2021-10-17 21:47:23 3 -> 'socket:[49436]'
lrwx------ 1 work work 64 2021-10-17 21:47:23 4 -> 'socket:[49437]'
# maps保存了进程的内存段映射信息，pmap命令取的就是这里面的数据
# 如果你是C/C++系开发者，可能会相对熟悉一些
$ cat /proc/397/maps | head
5606c2808000-5606c280d000 r--p 00000000 08:10 11419 /usr/bin/ncat
5606c280d000-5606c282f000 r-xp 00005000 08:10 11419 /usr/bin/ncat
5606c282f000-5606c283d000 r--p 00027000 08:10 11419 /usr/bin/ncat
5606c283e000-5606c283f000 r--p 00035000 08:10 11419 /usr/bin/ncat
5606c283f000-5606c2840000 rw-p 00036000 08:10 11419 /usr/bin/ncat
5606c2840000-5606c2841000 rw-p 00000000 00:00 0
5606c397e000-5606c399f000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap]
7f0c7a5ce000-7f0c7a5d0000 rw-p 00000000 00:00 0
7f0c7a5d0000-7f0c7a5df000 r--p 00000000 08:10 44447 /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libm-2.31.so
7f0c7a5df000-7f0c7a686000 r-xp 0000f000 08:10 44447 /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libm-2.31.so
# net目录保存着网络相关的信息，如下/net/tcp保存着进程的tcp连接信息
$ cat /proc/397/net/tcp
sl local_address rem_address st tx_queue rx_queue tr tm->when retrnsmt uid timeout inode
0: 00000000:22B8 00000000:0000 0A 00000000:00000000 00:00000000 00000000 1000 0 49437 1 0000000007f9a245 100 0 0 10 0
# sched保存着进程被调度的一些信息，如：
# se.nr_migrations线程迁移次数
# nr_voluntary_switches自愿上下文切换次数
# nr_involuntary_switches非自愿上下文切换次数
$ cat /proc/397/sched
ncat (397, #threads: 1)
-------------------------------------------------------------------
se.exec_start : 85694324.807968
se.vruntime : 333882.289243
se.sum_exec_runtime : 10.572689
se.nr_migrations : 0
nr_switches : 10
nr_voluntary_switches : 10
nr_involuntary_switches : 0
se.load.weight : 1048576
se.runnable_weight : 1048576
se.avg.load_sum : 42293
se.avg.runnable_load_sum : 42293
se.avg.util_sum : 26159838
se.avg.load_avg : 914
se.avg.runnable_load_avg : 914
se.avg.util_avg : 552
se.avg.last_update_time : 85694324807680
se.avg.util_est.ewma : 499
se.avg.util_est.enqueued : 553
policy : 0
prio : 120
clock-delta : 43
通过工作目录找进程
有时候，多个相同的程序部署在同一台机器上，比如Tomcat，但你只知道你们的Tomcat在/home/work/tomcat_order/目录，这时可以查询出各个tomcat进程的工作目录(cwd)，然后辨别哪个是自己的Tomcat，如下：
# 查询各java进程的工作目录，注：tomcat是java实现的
# 可以看到867进程的工作目录是/home/work/tomcat_order/，那它就是我们要找的进程啰
$ pgrep java | xargs -i ls -l /proc/{}/cwd
lrwxrwxrwx 1 work work 0 2021-10-17 22:15:30 /proc/867/cwd -> /home/work/tomcat_order
lrwxrwxrwx 1 work work 0 2021-10-17 22:15:30 /proc/885/cwd -> /home/work/tomcat_goods
lrwxrwxrwx 1 work work 0 2021-10-17 22:15:42 /proc/906/cwd -> /home/work/tomcat_stock
找进程的日志文件
在排查问题时，经常需要查阅日志文件，如果你记不住相关进程的日志文件写到什么目录了，就可以通过/proc/$pid/fd/目录来查找，如下：
$ ll /proc/867/fd | grep .log$
l-wx------ 1 work work 64 2021-10-17 22:24:03 1 -> /home/work/app.log
netstat查看网络连接
netstat是用来查看网络连接信息的工具命令，具体来说，像在编程语言中可以通过创建socket来建立网络连接，而netstat就是用来查看这些socket信息的，如下：
# 查看所有的socket，-n代表不解析ip为主机名，-a表示all所有，-t代表tcp
$ netstat -nat
# 显示各状态socket数量，TIME_WAIT与CLOSE_WAIT数量太多，一般都不是好事情
$ netstat -nat | awk '/tcp/{print $6}'|sort|uniq -c
21 ESTABLISHED
3 TIME_WAIT
3 CLOSE_WAIT
2 LISTEN
# 查看LISTEN状态的socket，-l代表只显示LISTEN状态的
$ netstat -nlt
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
tcp 0 0 0.0.0.0:8888 0.0.0.0:* LISTEN
tcp6 0 0 :::8888 :::* LISTEN
# 查看进程867的socket数量，-p显示出创建网络连接的进程号
$ netstat -natp|grep -w 867 -c
2
# 找到监听在8888端口的进程
$ netstat -nltp|grep -w 8888
tcp 0 0 0.0.0.0:8888 0.0.0.0:* LISTEN 867/ncat
tcp6 0 0 :::8888 :::* LISTEN 867/ncat
lsof查看打开文件
在Linux的设计哲学中，"一切皆文件"，像进程(/proc/$pid)、网络连接(/proc/net/tcp)、主机设备(/dev)等，Linux也都把它虚拟成了文件，方便程序或shell读取，就像上面的ps命令，如果你愿意，通过读取/proc目录的数据，可以非常容易地实现自己的ps命令！
而lsof(list open files)命令，就是用来查看系统或进程打开的文件的，所以这个命令非常的强大，它几乎是观测软件资源最好用的工具了，如下：
# 查看系统打开的所有文件(包括网络连接等)
$ lsof
# 查看进程867打开的文件(包括网络连接等)，-p指定具体进程号
$ lsof -p 867
# 类似上面介绍的，查找进程的日志文件
$ lsof -p 867 | grep .log$
# 类似上面介绍的，查看java进程的工作目录, -c java表示过滤出java进程的文件，-d cwd表示过滤出工作目录
# 而-a表示-c与-d是AND关系(默认OR)，即java进程的cwd文件，就是工作目录
$ lsof -a -c java -d cwd
ncat 867 work 1w REG 8,16 0 171403 /home/work/app.log
# 显示进程867的tcp连接，-n不解析ip为主机名，-P不解析端口为服务名，-i TCP显示TCP连接
$ lsof -a -nP -i TCP -p 867
COMMAND PID USER FD TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
ncat 867 work 3u IPv6 48737 0t0 TCP *:8888 (LISTEN)
ncat 867 work 4u IPv4 48738 0t0 TCP *:8888 (LISTEN)
# 显示8888号端口的连接
$ lsof -nP -i :8888
COMMAND PID USER FD TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
ncat 867 work 3u IPv6 48737 0t0 TCP *:8888 (LISTEN)
ncat 867 work 4u IPv4 48738 0t0 TCP *:8888 (LISTEN)
# 显示与172.16.12.5主机的连接
$ lsof -nP -i @172.16.12.5
# 通过指定目录或文件找进程
$ lsof /home/work/app.log
COMMAND PID USER FD TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
ncat 867 work 1w REG 8,16 0 171403 /home/work/app.log
有时候，系统磁盘空间不足了，我们想删掉一些大的日志文件来释放磁盘空间，却发现删除后，磁盘剩余空间没有变多，这是因为有进程引用了这个文件，可以如下确认：
# 找出已删除但被进程引用的文件
$ lsof | grep deleted
ncat 867 work 1w REG 8,16 0 171403 /home/work/app.log (deleted)
这时我们只需要重启867这个进程，即可真正释放空间。
注：可以这么理解，删除文件只是去掉了文件系统对这个文件的引用，而如果进程之前还打开了这个文件，那进程中保有的文件描述符也是引用了这个文件的，此时文件还不能回收，因为回收可能会导致进程出错，然而重启进程后，对文件的所有引用就都没有了，文件占用的空间才能被真正回收。
实践
1、陌生环境找服务日志
当我们刚开始接手一些系统时，对系统的部署情况不太了解，比如订单系统的数据库地址是test.mycat.order.proxy:8566，它是个mycat，部署在test.mycat.order.proxy机器上，但运维在这台机器上还部署了好几个其它系统的mycat，那怎么找到自己的mycat进程，并找到其gc日志呢？
- 登录test.mycat.order.proxy，根据8566端口找进程
$ netstat -nltp|grep -w 8566
tcp 0 0 0.0.0.0:8566 0.0.0.0:* LISTEN 467313/haproxy
可见8566并不是mycat进程，而是一个网络代理haproxy，对于网络代理进程，它连出最多的端口，一般就是代理后面的服务提供的，所以我们需要再查一下haproxy创建了哪些连接。
- 查找haproxy创建了哪些连接
# 注：467313是haproxy的进程号
$ netstat -natp|grep 467313
tcp 0 0 0.0.0.0:8566 0.0.0.0:* LISTEN 467313/haproxy
tcp 0 0 10.12.231.1:8566 10.39.12.32:42282 ESTABLISHED 467313/haproxy
tcp 0 0 10.12.231.1:8566 10.39.12.32:36638 ESTABLISHED 467313/haproxy
tcp 0 0 10.12.231.1:21103 10.12.231.1:8466 ESTABLISHED 467313/haproxy
tcp 0 0 10.12.231.1:31417 10.12.231.1:8466 ESTABLISHED 467313/haproxy
tcp 0 0 10.12.231.1:48432 10.12.231.1:8466 ESTABLISHED 467313/haproxy
tcp 0 0 10.12.231.1:59047 10.12.231.1:8466 ESTABLISHED 467313/haproxy
可见，haproxy进程连出最多的是8466端口。
- 再根据8466端口找进程
$ netstat -nltp|grep -w 8466
tcp 0 0 0.0.0.0:8466 0.0.0.0:* LISTEN 956758/java
找到了一个java进程，mycat就是java实现的，那这个估计就是我们的mycat进程了，如下确认一下：
- 查看进程详情
$ ps -fp 956758 | cat
UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD
work 956758 956756 11 Oct15 ? 09:15:36 java -DMYCAT_HOME=. -server -XX:MaxPermSize=128M -XX:-UseGCOverheadLimit -XX:+AggressiveOpts -XX:MaxDirectMemorySize=4G -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError ...
$ ll /proc/956758/cwd
lrwxrwxrwx 1 work work 0 Oct 15 16:22 /proc/956758/cwd -> /home/work/order/mycat
可见，它就是个mycat，且其工作目录在/home/work/order/mycat。
- 查找其gc日志
$ ll /proc/956758/fd | grep .log$
l-wx------ 1 work work 64 Oct 16 14:12 3 -> /home/work/order/mycat/logs/gc-2021-10-15_15-27-40.log
l-wx------ 1 work work 64 Oct 16 14:12 57 -> /home/work/order/mycat/logs/sql_time.log
l-wx------ 1 work work 64 Oct 16 14:12 58 -> /home/work/order/mycat/logs/mycat_auth.log
l-wx------ 1 work work 64 Oct 16 14:12 59 -> /home/work/order/mycat/logs/error_msg.log
l-wx------ 1 work work 64 Oct 16 14:12 60 -> /home/work/order/mycat/logs/mycat_prepare.log
l-wx------ 1 work work 64 Oct 16 14:12 61 -> /home/work/order/mycat/logs/sql_error_msg.log
这样，我们就在自己本不熟悉的机器环境里，找到了自己服务的gc日志。
2、文件描述符泄露
系统的文件描述符资源是有限的，用完了必须归还，不然就会发生泄露，对应在Java中的场景如下：
a. 通过fis=new FileInputStream("xxx")打开文件，读取完文件后，必须调用fis.close()关闭，不然FD(file descriptor)创建越来越多，导致oom。
b. jdbc中通过conn=DriverManager.getConnection()获取连接，操作完数据库后，必须调用conn.close()关闭，不然就会socket创建越来越多（socket也是一种文件，也有FD），导致oom。
要想确认java服务中，是否存在那种忘记调用close的地方，只需要不断监控进程的FD数量，如果它一直都在增长，基本就是发生了泄露，如下：
$ while true; do pgrep java | xargs -i ls -l /proc/{}/fd | wc -l; sleep 10; done | tee fd_num.log
12303
12292
12290
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原来awk真是神器啊
Linux文本命令技巧(上)
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