Linux 系统性能分析工具

Linux在具有高稳定性、可靠性的同时，具有很好的可伸缩性和扩展性，能够针对不同的应用和硬件环境调整，优化出满足当前应用需要的最佳性能。因此企业在维护Linux系统、进行系统调优时，了解系统性能分析工具是至关重要的。
　　在Linux下有很多系统性能分析工具，比较常见的有top、free、ps、time、timex、uptime等。下文将介绍几个较为重要的性能分析工具vmstat、iostat和sar及其使用。

　　1）用vmstat监视内存使用情况

　　vmstat是Virtual Meomory Statistics（虚拟内存统计）的缩写，可对操作系统的虚拟内存、进程、CPU活动进行监视。它是对系统的整体情况进行统计，不足之处是无法对某个进程进行深入分析。

　　vmstat的语法如下：

 程序代码
vmstat [-V] [-n] [delay [count]]

 

　　其中，－V表示打印出版本信息；－n表示在周期性循环输出时，输出的头部信息仅显示一次；delay是两次输出之间的延迟时间；count是指按照这个时间间隔统计的次数。对于vmstat输出各字段的含义，可运行man vmstat查看。

 

举例:

vmstat 最重要的系统检测命令

procs -----------memory----------           ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
r b   swpd   free             buff cache      si   so    bi    bo   in   cs        us sy id wa
7 0 66780 7740624     92568 142628    1    1     1     5   15   10      17 2 81 0
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。

• 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
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，有优化的潜能

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

有了这几个之后，就好办了，我们来测试一下系统在运行不同软件时候的性能

空闲状态：

procs -----------memory----------             ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
r b   swpd   free   buff cache               si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa
0 0 66776 7807520 93236 147472    1    1     1     5   15    8 17 2 81 0

             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:       8200320     392808    7807512          0      93236     147472
-/+ buffers/cache:     152100    8048220
Swap:      6385796      66776    6319020

04:21:27 up 7 days, 10:49, 2 users, load average: 0.01, 1.32, 2.63

 

　2）用iostat监视I/O子系统情况

　 　iostat是I/O statistics（输入/输出统计）的缩写，iostat工具将对系统的磁盘操作活动进行监视。它的特点是汇报磁盘活动统计情况，同时也会汇报出 CPU使用情况。同vmstat一样，iostat也有一个弱点，就是它不能对某个进程进行深入分析，仅对系统的整体情况进行分析。

　　iostat的语法如下：

 程序代码
iostat [ -c | -d ] [ -k ] [ -t ] [ -V ] [ -x [ device ] ] [ interval [ count ] ]

　 　其中，-c为汇报CPU的使用情况；-d为汇报磁盘的使用情况；-k表示每秒按kilobytes字节显示数据；-t为打印汇报的时间；-v表示打印出 版本信息和用法；-x device指定要统计的设备名称，默认为所有的设备；interval指每次统计间隔的时间；count指按照这个时间间隔统计的次数。

　　iostat一般的输出格式如下：
 程序代码

Linux 2.4.18-18smp (builder.linux.com) 2003年03月07日

avg-cpu: %user %nice %sys %idle
4.81 0.01 1.03 94.15

Device: tps Blk_read/s Blk_wrtn/s Blk_read Blk_wrtn
dev3-0 30.31 1117.68 846.52 16104536 12197374
dev3-1 7.06 229.61 40.40 3308486 582080

对于输出中各字段的含义，iostat的帮助中有详细的说明。

举例:

iostat命令详解iostat 结果解析

[root@20081006-1724 ~]# iostat -x
Linux 2.6.9-78.ELsmp (20081006-1724) 11/20/2009

avg-cpu: %user %nice %sys %iowait %idle
0.19 0.00 0.04 0.03 99.73

Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rsec/s wsec/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util
sda 0.05 17.60 1.46 7.72 80.69 202.57 40.34 101.29 30.87 0.01 1.06 0.37 0.34
sda1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 29.90 0.00 3.14 3.14 0.00
sda2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 16.25 0.00 1.51 1.30 0.00
sda3 0.05 17.60 1.46 7.72 80.69 202.57 40.34 101.29 30.87 0.01 1.06 0.37 0.34
dm-0 0.00 0.00 1.46 25.28 80.32 202.26 40.16 101.13 10.57 0.36 13.56 0.13 0.34
dm-1 0.00 0.00 0.05 0.04 0.37 0.32 0.18 0.16 8.00 0.00 6.84 1.30 0.01

rrqm/s: 每秒进行 merge 的读操作数目。即 delta(rmerge)/s
wrqm/s: 每秒进行 merge 的写操作数目。即 delta(wmerge)/s
r/s: 每秒完成的读 I/O 设备次数。即 delta(rio)/s
w/s: 每秒完成的写 I/O 设备次数。即 delta(wio)/s
rsec/s: 每秒读扇区数。即 delta(rsect)/s
wsec/s: 每秒写扇区数。即 delta(wsect)/s
rkB/s: 每秒读K字节数。是 rsect/s 的一半，因为每扇区大小为512字节。
wkB/s: 每秒写K字节数。是 wsect/s 的一半。
avgrq-sz: 平均每次设备I/O操作的数据大小 (扇区)。即 delta(rsect+wsect)/delta(rio+wio)
avgqu-sz: 平均I/O队列长度。即 delta(aveq)/s/1000 (因为aveq的单位为毫秒)。
await: 平均每次设备I/O操作的等待时间 (毫秒)。即 delta(ruse+wuse)/delta(rio+wio)
svctm: 平均每次设备I/O操作的服务时间 (毫秒)。即 delta(use)/delta(rio+wio)
%util: 一秒中有百分之多少的时间用于 I/O 操作，或者说一秒中有多少时间 I/O 队列是非空的。
即 delta(use)/s/1000 (因为use的单位为毫秒)

如果 %util 接近 100%，说明产生的I/O请求太多，I/O系统已经满负荷，该磁盘
可能存在瓶颈。

比较重要的参数
%util: 一秒中有百分之多少的时间用于 I/O 操作，或者说一秒中有多少时间 I/O 队列是非空的
svctm: 平均每次设备I/O操作的服务时间
await: 平均每次设备I/O操作的等待时间
avgqu-sz: 平均I/O队列长度

如果%util接近100%,表明i/o请求太多,i/o系统已经满负荷,磁盘可能存在瓶颈,一般%util大于70%,i/o压力就比较大,读取速度有较多的wait.同时可以结合vmstat查看查看b参数(等待资源的进程数)和wa参数(IO等待所占用的CPU时间的百分比,高过30%时IO压力高)。
await 的大小一般取决于服务时间(svctm) 以及 I/O 队列的长度和 I/O 请求的发出模式。如果 svctm 比较接近 await，说明 I/O 几乎没有等待时间；如果 await 远大于 svctm，说明 I/O 队列太长，应用得到的响应时间变慢。