linux分析工具之vmstat详解 linux&shell学习系列

一、概述

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。首先我们查看下帮助。如下图所示：

使用语法: vmstat [-V] [-n] [delay [count]]

-V：显示vmstat版本信息。
-n：只在开始时显示一次各字段名称。
-a：显示活跃和非活跃内存
-d：显示磁盘相关统计信息。
-p：显示指定磁盘分区统计信息
-s：显示内存相关统计信息及多种系统活动数量。
-m：显示slabinfo
-S：使用指定单位显示。参数有 k 、K 、m 、M ，分别代表1000、1024、1000000、1048576字节（byte）。默认单位为K（1024 bytes）
-f：显示从系统启动至今的fork数量 。

delay：刷新时间间隔。
count：刷新次数。如果不指定刷新次数，但指定了刷新时间间隔，这时刷新次数为无穷。

1.1、虚拟内存原理

在系统中运行的每个进程都需要使用到内存，但不是每个进程都需要每时每刻使用系统分配的内存空间。当系统运行所需内存超过实际的物理内存，内核会释放某些进程所占用但未使用的部分或所有物理内存，将这部分资料存储在磁盘上直到进程下一次调用，并将释放出的内存提供给有需要的进程使用。

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，系统性能会急剧下降。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)

二、参数详解

首先看一个vmstat 2 命令，表示每隔两秒钟采集一次

[root@mwpl003 ~]# vmstat 2
procs -----------memory---------------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
 r  b      swpd  free   buff   cache      si   so    bi    bo   in cs   us sy id wa st
 0  0      0 233481328 758304 20795516    0    0     1    100  0
 233480800 20795520    951 1519  233481056 867 1460  233481408 20  910 1520  233481680 911 1491  233481920 889 1530  0

2.1、procs

r #表示运行队列(就是说多少个进程真的分配到CPU)，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,在等待资源的进程，这个不多说，进程阻塞，大家懂的。

2.2、memory

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

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

cache #cache直接用来记忆我们打开的文件,给文件做缓冲，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。

2.3、swap

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。

2.4、io

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

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。

2.5、system

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

2.6、cpu

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。

三、实践

vmstat 1 3 #表示每个一秒采集3次

[root@lgh3 ~]# vmstat 1 3
 r  b    swpd   free   buff  cache       si   so    bi    bo      cs us sy id  wa st
 233483840 20795596    233483936 1052 1569  233483920 966 1558  0

vmstat 2 #表示每隔两秒打印一次

[root@mwpl003 ~]# vmstat 
procs --------------memory------------ ---swap-- ------io---- --system-- -----cpu-----
 r  b    swpd   free    buff  cache      si   so    bi    bo      cs us  sy id  wa st
 233481872 20795716    233481536 20795720    16 1091 1625  233481840 976 1582  0

注意：

procs r: 运行的进程比较多，系统很繁忙
bi/bo: 磁盘写的数据量稍大，如果是大文件的写，10M以内基本不用担心，如果是小文件写2M以内基本正常
cpu us: 持续大于50%，服务高峰期可以接受，如果长期大于50 ，可以考虑优化
cpu sy: 现实内核进程所占的百分比，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。
cpu wa: 列显示了IO等待所占用的CPU时间的百分比。这里wa的参考值为30%，如果wa超过30%，说明IO等待严重，这可能是磁盘大量随机访问造成的，也可能磁盘或者磁盘访问控制器的带宽瓶颈造成的(主要是块操作)

更多linux文章请见：linux&shell学习系列

参考：

https://www.jianshu.com/p/6d9e5ad2751c

https://blog.csdn.net/zhuying_linux/article/details/7336869

https://blog.csdn.net/wzyzzu/article/details/50395502