理解CPU、内存、磁盘三者之间关系

如何理解CPU、内存、磁盘的关系？

这些子系统之间关系是彼此联系，相互彼此依赖的

1.进程

对于进程来说，数据是存放在内存中的，进程的运行需要使用CPU，进程读写数据需要跟磁盘打交道。

2.内存

当内存不足时需要跟磁盘进行页(page)交换，swap交换，从而产生磁盘IO。po,so释放物理内存，pi,si增加物理内存使用。交换分页的过程需要占用cpu时间。 (内存占用过高)

3.磁盘

当磁盘IO负载过高时，需要监控swap和系统分区，要确保virtual memory不是文件系统I/O 的瓶颈。磁盘的相当慢的，当iowait 增长,表示CPU花费大量的时间在等待磁盘IO，此时CPU Bound的应用处理将受到影响（磁盘IO过高）

4.如何理解paging in / paging out ?

• 在Linux内存管理中，主要是通过“调页Paging”和“交换Swapping”来完成上述的内存调度。调页算法是将内存中最近不常使用的页面换到磁盘上，把活动页面保留在内存中供进程使用。交换技术是将整个进程，而不是部分页面，全部交换到磁盘上。
• 分页(Page)写入磁盘的过程被称作Page-Out，分页(Page)从磁盘重新回到内存的过程被称作Page-In。当内核需要一个分页时，但发现此分页不在物理内存中(因为已经被Page-Out了)，此时就发生了分页错误（Page Fault）。
• 当系统内核发现可运行内存变少时，就会通过Page-Out来释放一部分物理内存。经管Page-Out不是经常发生，但是如果Page-out频繁不断的发生，直到当内核管理分页的时间超过运行程式的时间时，系统效能会急剧下降。这时的系统已经运行非常慢或进入暂停状态，这种状态亦被称作thrashing(颠簸)。
• 可以通过vmstat -s 查看 paged in/out 数量

5.如何监控操作系统的资源？

• CPU监控：top(利用率)， uptime(运行队列数)， vmstat(上下文切换数)， jprofile(方法占用cpu时间百分比)
• 内存监控:top， free(利用率)， vmstat(page和swap交换)， pidstat -r和sar -B(page fault)， jmap -heap(堆dump)， mat和jprofiler(查看对象)
• 磁盘监控：iostat(%util)， top(iowait%)， pidstat -d
• 网络监控：netstat(连接数)， nethogs(流量)， wireshark和tcpdump(抓包)
• JVM监控：jstat(gc)， jmap(堆dump)， jstack(线程dump)， jprofiler和visualvm(剖析工具)
• nmon(长时间全局收集数据)

6.如何理解上下文切换（context switch）?

　　每个CPU（或多核CPU中每个核心）在同一时间只能执行一个线程，Linux采用抢占式调度。即为每个线程分配一定的执行时间，当到达执行时间，线程中有IO阻塞或高优先级线程要执行时，Linux将切换执行的线程，在切换时要存储目前线程的执行状态，并恢复要执行的线程状态，这个过程称之为上下文切换。对于java应用，典型的是在进行文件IO操作，网络IO操作，锁等待或线程sleep时，当前线程会进入阻塞或者休眠状态，从而触发上下文切换，上下文切换过多会造成内核占用过多的CPU使用，使得应用的响应速度下降。

　　vmstat其中cs那一列

7.如何理解磁盘IO？

• 磁盘IO速度是非常慢的，linux内核就是要尽量降低IO
• 内存不足时会进行页交换，产生磁盘IO
• CPU Bound类型应用，当磁盘IO过多，iowait过大时会影响性能。