Linux监控工具vmstat命令详解

一、前言

很显然从名字中我们就可以知道vmstat是一个查看虚拟内存（Virtual Memory）使用状况的工具，但是怎样通过vmstat来发现系统中的瓶颈呢？在回答这个问题前，还是让我们回顾一下Linux中关于虚拟内存相关内容。

二、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)。

三、vmstat详解

1.用法

vmstat [-a] [-n] [-S unit] [delay [ count]]
vmstat [-s] [-n] [-S unit]
vmstat [-m] [-n] [delay [ count]]
vmstat [-d] [-n] [delay [ count]]
vmstat [-p disk partition] [-n] [delay [ count]]
vmstat [-f]
vmstat [-V]

-a：显示活跃和非活跃内存

-f：显示从系统启动至今的fork数量 。

-m：显示slabinfo

-n：只在开始时显示一次各字段名称。

-s：显示内存相关统计信息及多种系统活动数量。

delay：刷新时间间隔。如果不指定，只显示一条结果。

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。

-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：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）

-V：显示vmstat版本信息。
2.使用说明

例子1：每3秒输出一条结果

字段说明：

Procs（进程）：

r: 运行队列中进程数量，这个值也可以判断是否需要增加CPU。（长期大于1）
b: 等待IO的进程数量

Memory（内存）：

swpd: 使用虚拟内存大小

注意：如果swpd的值不为0，但是SI，SO的值长期为0，这种情况不会影响系统性能。
free: 空闲物理内存大小
buff: 用作缓冲的内存大小
cache: 用作缓存的内存大小

注意：如果cache的值大的时候，说明cache处的文件数多，如果频繁访问到的文件都能被cache处，那么磁盘的读IO bi会非常小。

Swap：

si: 每秒从交换区写到内存的大小，由磁盘调入内存
so: 每秒写入交换区的内存大小，由内存调入磁盘

注意：内存够用的时候，这2个值都是0，如果这2个值长期大于0时，系统性能会受到影响，磁盘IO和CPU资源都会被消耗。有些朋友看到空闲内存（free）很少的或接近于0时，就认为内存不够用了，不能光看这一点，还要结合si和so，如果free很少，但是si和so也很少（大多时候是0），那么不用担心，系统性能这时不会受到影响的。

IO：（现在的Linux版本块的大小为1kb）

bi: 每秒读取的块数
bo: 每秒写入的块数

注意：随机磁盘读写的时候，这2个值越大（如超出1024k)，能看到CPU在IO等待的值也会越大。

系统：

in: 每秒中断数，包括时钟中断。
cs: 每秒上下文切换数。

注意：上面2个值越大，会看到由内核消耗的CPU时间会越大。

CPU（以百分比表示）：

us: 用户进程执行时间百分比(user time)

注意： 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50%的使用，那么我们就该考虑优化程序算法或者进行加速。

sy: 内核系统进程执行时间百分比(system time)

注意：sy的值高时，说明系统内核消耗的CPU资源多，这并不是良性表现，我们应该检查原因。

wa: IO等待时间百分比

注意：wa的值高时，说明IO等待比较严重，这可能由于磁盘大量作随机访问造成，也有可能磁盘出现瓶颈（块操作）。

id: 空闲时间百分比

例子2：显示活跃和非活跃内存

使用-a选项显示活跃和非活跃内存时，所显示的内容除增加inact和active外，其他显示内容与例子1相同。

字段说明：

Memory（内存）：

inact: 非活跃内存大小（当使用-a选项时显示）
active: 活跃的内存大小（当使用-a选项时显示）

总结：

目前说来，对于服务器监控有用处的度量主要有：

r（运行队列）
pi（页导入）
us（用户CPU）
sy（系统CPU）
id（空闲）
注意：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bi，bo 长期不等于0，表示内存不足。

通过VMSTAT识别CPU瓶颈：
r（运行队列）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数目，就会出现CPU瓶颈了。

Linux下查看CPU核心数的命令：
cat /proc/cpuinfo|grep processor|wc -l

当r值超过了CPU个数，就会出现CPU瓶颈，解决办法大体几种：

1. 最简单的就是增加CPU个数和核数
2. 通过调整任务执行时间，如大任务放到系统不繁忙的情况下进行执行，进尔平衡系统任务
3. 调整已有任务的优先级

通过vmstat识别CPU满负荷：

首先需要声明一点的是，vmstat中CPU的度量是百分比的。当us＋sy的值接近100的时候，表示CPU正在接近满负荷工作。但要注意的是，CPU 满负荷工作并不能说明什么，Linux总是试图要CPU尽可能的繁忙，使得任务的吞吐量最大化。唯一能够确定CPU瓶颈的还是r（运行队列）的值。

通过vmstat识别RAM瓶颈：

数据库服务器都只有有限的RAM，出现内存争用现象是Oracle的常见问题。

首先用free查看RAM的数量：
[oracle@oracle-db02 ~]$ free
total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:       2074924    2071112       3812          0      40616    1598656
-/+ buffers/cache:     431840    1643084
Swap:      3068404     195804    2872600

当内存的需求大于RAM的数量，服务器启动了虚拟内存机制，通过虚拟内存，可以将RAM段移到SWAP DISK的特殊磁盘段上，这样会 出现虚拟内存的页导出和页导入现象，页导出并不能说明RAM瓶颈，虚拟内存系统经常会对内存段进行页导出，但页导入操作就表明了服务器需要更多的内存了， 页导入需要从SWAP DISK上将内存段复制回RAM，导致服务器速度变慢。

解决的办法有几种：

1. 最简单的，加大RAM；
2. 改小SGA，使得对RAM需求减少；
3. 减少RAM的需求。（如：减少PGA）