Linux性能分析工具详解

Linux性能分析工具详解

一、tcpdump

常用用法：

这里用sudo因为当前帐号无权使用tcpdump，这里仅以一个tcp的例子来说明：sudo /usr/sbin/tcpdump tcp port 80 and host 172.23.1.69 -ieth1 -n

每一行中间都有这个包所携带的标志：

S=SYN，发起连接标志

P=PUSH，传送数据标志

F=FIN，关闭连接标志

ack    表示确认包

RST=RESET，异常关闭连接

. 表示没有任何标志

 常用参数：

Tcp/udp/arp等：指定协议类型。

(src/dst)Host:指定源端或者目的端ip。

(src/dst)port：指定源端或者目的端

-i：指定网卡。

-n：显示ip，而不是主机名。

-c：指定抓多少个包后退出。

-A：以ASCII方式显示包内容，这个选项对文本格式的协议包非常有用。

-s：指定抓包显示一行的宽度，-s0表示显示完整的包，经常和-A一起用。

-x/-xx/-X/-XX：以十六进制显示包内容，几个选项只有细微的差别，详见man手册。

 上图示例的过程详解：

第一行：17:40:10这个时间，从172.17.66.27（client）的临时端口49376向172.23.1.66（server）的9500监听端口发起连接，client初始包序号为1350828479，滑动窗口大小为5840字节（滑动窗口即tcp接收缓冲区的大小，用于tcp拥塞控制），mss大小为1460（即可接收的最大包长度，通常为MTU减40字节，IP头和TCP头各20字节）。

第二行：server响应连接，同时带上第一个包的ack信息，为client端的初始包序号加1，1350828480，即server端下次等待接受这个包序号的包，用于tcp字节流的顺序控制。Server端的初始包序号为258050143，mss也是1460。

第三行：client再次确认，三次握手完成。

第四行：client发请求包，包长度91字节。

第五行：server响应ack。

第六行：server回包，包长度21字节。

第七行：client响应ack。

第八行：client发起关闭连接请求。

第九行：server响应ack，并且也发送FIN标志关闭。

第十行：客户端响应ack，关闭连接的四次握手完成。

通过这个来理解tcp协议也挺好的，连接关闭过程，字节流顺序控制，拥塞控制，tcp状态转换等。不过这里就不详述了。

二、vmstat

vmstat是一个很全面的性能分析工具，可以观察到系统的进程 状态、内存使用、虚拟内存使用、磁盘的 IO、中断、上下问切 换、CPU使用等。系统性能分析工具中，我使用最多的是这个，

除了 sysstat 工具包外，这个工具能查看的系统资源最多。

对于 Linux 的性能分析，100%理解 vmstat 输出内容的含义， 那你对系统性能分析的能力就算是基本掌握了。

我这里主要说明一下这个命令显示出的部分数据代表的含义，和 它反映出系统相关资源的状况。输出内容共有 6 类，分别说明如下。

_{•  Vmstat的输出格式如下(CentOS 3.3)}

•  Procs

^{– r:}

运行的和等待(CPU时间片)运行的进程数， 这个值也可以判断是否需要增加CPU(长期 大于1)

^– b:

处于不可中断状态的进程数，常见的情况 是由IO引起的

•   Memory

^{–  swpd: 切换到交换内存上的内存(默认以KB为单位)}

•  如果 swpd 的值不为0，或者还比较大，比如超过100M了，但

是 si, so 的值长期为 0，这种情况我们可以不用担心，不会影响

系统性能。

^{–  free: 空闲的物理内存}

^{–  buff: 作为buffer cache的内存，对块设备的读写进行缓冲}

^{–  cache: 作为page cache的内存, 文件系统的cache}

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

_{•  Swap}

^{– si: 交换内存使用，由磁盘调入内存}

^{– so: 交换内存使用，由内存调入磁盘}

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。

我发现有些朋友看到空闲内存(free)很少或接近于0 时，就认为内存不够用了，实际上不能光看这一点 的，还要结合si,so，如果free很少，但是si,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}

– bi: 从块设备读入的数据总量(读磁盘) (KB/s)，

^– bo: 写入到块设备的数据总理(写磁盘)

^(KB/s)

随机磁盘读写的时候，这2个 值越大（如超 出1M），能看到CPU在IO等待的值也会越大

•  System

^– in: 每秒产生的中断次数

– cs: 每秒产生的上下文切换次数 上面这2个值越大，会看到由内核消耗的CPU

^{时间会越多}

_{•   Cpu}

^{–  us: 用户进程消耗的CPU时间百分比}

•  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者进 行加速了(比如 PHP/Perl)

^{–  sy: 内核进程消耗的CPU时间百分比}

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

^{–  wa: IO等待消耗的CPU时间百分比}

•  wa 的值高时，说明IO等待比较严重，这可能是由于磁盘大量作 随机访问造成，也有可能是磁盘的带宽出现瓶颈(块操作)。

^{–  id: CPU处在空闲状态时间百分比}

•  情景分析 这个vmstat的输出那些信息值得关注？

^{– Procs r: 运行的进程比较多，系统很繁忙}

– Io 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}

^{– Cpu wa: 稍微有些高}

^{– Cpu id:持续小于50，服务高峰期可以接受}

 

三、Top

这个命令可以查看系统中运行的进程的状况，CPU使 用状况，系统负载，内存使用等。它是检查系统进程 运行状况最方便的工具了，它默认显示部分活动的进 程，并且按照进程使用CPU的多少排序。它可以显示 全部CPU的使用状况，也可以显示每个进程都运行在 那个CPU上面。

我习惯使用这个命令查看那些进程或者那类进程占用 CPU和内存资源最多，以此迅速定位存在性能问题的 进程，以及运行异常的进程。

_{•  Top命令的输出1 (CentOS 3.3)}

_{•  Top命令的输出2 (CentOS 3.3)}

•  _{用 top 看到的内存的说明(Mem的第2行)}

^{– actv}

^{active 活跃的内存页，正在映射给进程使用}

^{– in_d}

inactive_dirty 非活跃的内存页，并且内存数据被 修改，需要写回磁盘

^– in_c

inactive_clean 非活跃的内存页，干净的数据，可 以被重新分配使用

_{•  问题？}

in_d 和 in_c 以及 cache, buffer 的内存有何 不同？

我的理解：

actv, in_d, in_c 是 VM 中对内存的管理组织 形式，buffer是块设备读写缓冲，cache是文 件系统缓存

•    _{用 top 看到的进程所处的几种状态(STAT列)。}

^{–   D 不可中断休眠，通常是 IO 操作所处的状态}

^{–   R 正在执行的或者处在等待执行的进程队列中}

^{–   S 休眠中}

–   _{T 暂停刮起的（比如Ctrl+Z），也可能是被 strace 命令调用中的状}

^态

–   Z 僵尸进程，进程执行完成，但由于其父进程没有销毁该进程，而 被init进程接管进行销毁。

^{–   W 没有使用物理内存，所占用的物理内存被切换到交换内存}

^{–   < 高优先级的进程}

^{–   N 低优先级}

有时候一个进程会有多个状态的标志，比如SWN，SW

•  情景分析 前面两次top的输出那些信息值得关注？

^{– 图1)}

^{•  Load average: 系统负载有降低的趋势，但仍然较高}

^•  Running: 有3个进程正在运行，正常，因为系统有 4颗

^CPU

^{•  Cpu user: 接近200%了，有些大，服务高峰时可以接受}

^{•  Cpu idle: 小于200%了，需要注意}

^{– 图2)}

^{– Cpu iowait:接近200%了，很大}

free命令显示系统内存的使用状况（物理内存和 交换内存）

通过这个命令我们可以看到系统进程实际使用的 物理内存，buffer和cache使用的物理内存

_{•  free命令输出的第二行(Mem)}

这行分别显示了物理内存的总量(total)、已使用的 (used)、空闲的(free)、共享的(shared)、buffer（系统分配但未被使用的buffers 数量）、 cache（系统分配但未被使用的cache 数量）的内存。

_{•   free命令输出的第三行(-/+ buffers/cache) 这行最容易让人迷惑。}

它显示的第一个值（used这一列）是这样得来的： Mem行used列 - Mem行buffers列 - Mem行cached列。（这个值就是实际使用的内存总量）

它显示的第二个值（free这一列）是这样得来的：Mem行free列 + Mem行buffers列 + Mem行cached列。（这个值就是系统当前实际可用内存）

•  free命令输出的第四行(Swap) 这行显示交换内存的总量、已使用量、 空闲量

 

下面是buffers与cached的区别。

buffers是指用来给块设备做的缓冲大小，他只记录文件系统的metadata以及 tracking in-flight pages.cached是用来给文件做缓冲。那就是说：buffers是用来存储，目录里面有什么内容，权限等等。而cached直接用来记忆我们打开的文件，如果你想知道他是不是真的生效，你可以试一下，先后执行两次命令#man X ,你就可以明显的感觉到第二次的开打的速度快很多。

实验：在一台没有什么应用的机器上做会看得比较明显。记得实验只能做一次，如果想多做请换一个文件名。

#free

#man X

#free

#man X

#free

你可以先后比较一下free后显示buffers的大小。

另一个实验：

#free

#ls /dev

#free

你比较一下两个的大小，当然这个buffers随时都在增加，但你有ls过的话，增加的速度会变得快，这个就是buffers/chached的区别。

因为Linux将你暂时不使用的内存作为文件和数据缓存，以提高系统性能，当你需要这些内存时，系统会自动释放（不像windows那样，即使你有很多空闲内存,他也要访问一下磁盘中的pagefiles）

因此，一个最简单的判断Linux下内存是否足够的办法是，只要基本没用到swap，这台机器的内存就是足够的。