每天一个Linux命令(43)：vmstat

vmstat是Virtual Meomory Statistics（虚拟内存统计）的缩写，可对linux系统的虚拟内存、进程、CPU活动进行监控。vmstat提供了一种低开销的系统性能观察方式，在非常高负荷的服务器上，我们可以使用vmstat查看并监控系统的健康情况。

1. 命令格式

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]

2. 命令功能

用来显示虚拟内存的信息

3. 命令参数

-a，显示活跃和非活跃的内存

-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。

4. 使用实例

例一：显示虚拟内存的使用情况

# vmstat 5 6          // 在5秒时间内进行6次采样。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 3029876 199616 690980    0    0     0     2    3    2  0  0 100  0  0 0  0      0 3029752 199616 690980    0    0     0    41 1009   39  0  0 100  0  0 0  0      0 3029752 199616 690980    0    0     0     3 1004   36  0  0 100  0  0 0  0      0 3029752 199616 690980    0    0     0     4 1004   36  0  0 100  0  0 0  0      0 3029752 199616 690980    0    0     0     6 1003   33  0  0 100  0  0 0  0      0 3029752 199616 690980    0    0     0     5 1003   33  0  0 100  0  0 

说明：

• Procs（进程）
  r，运行队列中的进程数量
  b，等待IO的进程数量

• Memory
  swpd: 使用虚拟内存大小
  free: 可用内存大小
  buff: 用作缓冲的内存大小
  cache: 用作缓存的内存大小

• Swap
  si，每秒从交换区写到内存的大小
  so，每秒写入交换区的内存大小

• IO：（现在Linux版本块的大小为1024bytes）
  bi，每秒读取的块数
  bo，每秒写入的块数

• 系统
  in，每秒中断数，包括时钟中断
  cs，每秒上下文切换数

• CPU（以百分比表示）
  us，用户进程执行时间(user time)
  sy，系统进程执行时间(system time)
  id，中央处理器的空闲时间（包括IO等待时间），以百分比表示
  wa，IO等待时间

备注： 如果r经常大于4，且id经常少于40，则表示CPU的负载很重；如果bi，bo 长期不等于0，则表示内存不足；如果disk经常不等于0，且在 b中的队列大于3， 表示io性能不好。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，优化出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。

例二：显示活跃和非活跃内存

命令：vmstat -a 2 5

# vmstat -a 2 5procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------ r  b   swpd   free  inact active   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st 0  0      0 3029752 387728 513008    0    0     0     2    3    2  0  0 100  0  0 0  0      0 3029752 387728 513076    0    0     0     0 1005   34  0  0 100  0  0 0  0      0 3029752 387728 513076    0    0     0    22 1004   36  0  0 100  0  0 0  0      0 3029752 387728 513076    0    0     0     0 1004   33  0  0 100  0  0 0  0      0 3029752 387728 513076    0    0     0     0 1003   32  0  0 100  0  0

说明：使用-a选项，显示活跃和非活跃内存时，所显示的内容除了增加inact和active外，其他显示内容与例一相同。

Memory
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）

例三：查看系统已经fork了多少次

命令：vmstat -f

# vmstat -f12744849 forks

说明：这个数据是从/proc/stat中的processes字段取得的。

例四：查看内存使用的详细信息

命令：vmstat -s

# vmstat -s4043760  total memory1013884  used memory513012  active memory387728  inactive memory3029876  free memory199616  buffer memory690980  swap cache6096656  total swap0  used swap6096656  free swap83587 non-nice user cpu ticks132 nice user cpu ticks278599 system cpu ticks913344692 idle cpu ticks814550 IO-wait cpu ticks10547 IRQ cpu ticks21261 softirq cpu ticks 0 stolen cpu ticks310215 pages paged in14254652 pages paged out0 pages swapped in0 pages swapped out288374745 interrupts146680577 CPU context switches1351868832 boot time367291 forks 

说明：这些信息的分别来自/proc/meminfo，/proc/stat，/proc/vmstat。

例五：查看磁盘的读/写

命令：vmstat -d

说明：这些信息主要来自/proc/diskstats。merged表示一次来自合并的写/读请求，系统一般会把多个连接/或邻近的读/写请求合并到一起操作。

例六：查看/dev/sda1磁盘的读/写

# df文件系统     1K-块        已用       可用        已用%    挂载点/dev/sda3   1119336548  27642068   1034835500   3%    /tmpfs                                               32978376    0          32978376     0%    /dev/shm/dev/sda1   1032088     59604      920056       7%    /boot# vmstat -p /dev/sda1sda1      reads   read sectors  writes    requested writes          18607   4249978       6         48# vmstat -p /dev/sda3sda3      reads   read sectors  writes     requested writes          429350  35176268      28998789  980301488

说明：这些信息主要来自于/proc/diskstats
reads，来自于这个分区读的次数。
read sectors，来自于这个分区的读扇区的次数。
writes，来自于这个分区的写的次数。
requested writes，来自于这个分区的写请求次数。

例七：查看系统的slab信息

命令：vmstat -m

说明：这组信息来自于/proc/slabinfo。

slab：由于内核会有许多小对象，这些对象构造销毁十分频繁，比如i-node，dentry，如果每次构建这些对象时，就向内存要一个页(4kb)，而它们实际只有几个字节，这样就会非常浪费。为了解决这个问题，linux引入了一种新的机制来处理在同一个页框中如何分配小存储区，而slab可以对小对象进行分配，这样就不用为每一个对象分配页框，从而节省了空间。slab对这些小对象进行缓冲，可以重复利用，减少内存分配次数。

5. linux内存管理机制

5.1 物理内存和虚拟内存的区别

我们知道，直接从物理内存读写数据要比从硬盘读写数据要快的多，因此我们希望所有数据的读取和写入都在内存中完成，而内存是有限的，这样就引出了物理内存与虚拟内存的概念。

物理内存就是系统硬件提供的内存大小，是真正的内存。相对于物理内存，linux还有一个虚拟内存的概念。虚拟内存就是为了满足物理内存的不足而提出的策略，它利用磁盘空间虚拟出的一块逻辑内存，用作虚拟内存的磁盘空间被称为交换空间（Swap Space）。

作为物理内存的扩展，linux会在物理内存不足时，使用交换分区的虚拟内存。更详细的说，linux内核会将暂时不用的内存块信息写入交换空间，这样物理内存得到了释放，就可以用于其它目的。当需要用到原始内容时，这些信息会被系统从交换空间重新读入物理内存中。

linux的内存管理采取的是分页存取机制，为了保证物理内存得到充分的利用，在适当的时候，内核会将物理内存中不经常使用的数据块自动交换到虚拟内存中，而将经常使用的信息保留到物理内存中。

5.2 深入了解linux内存运行机制

首先，Linux系统会不时地进行页面交换操作，以保持尽可能多的空闲物理内存。即使没有什么事情需要内存，Linux也会交换出暂时不用的内存页面，这可以避免等待交换所需的时间。

其次，linux进行页面交换是有条件的，不是所有页面在不用时都交换到虚拟内存中。linux内核根据“最近最经常使用”算法，仅将一些不经常使用的页面文件交换到虚拟内存。有时我们会看到这样一个现象：linux物理内存还有很多，但是交换空间也使用了很多。其实，这并不奇怪。例如，一个占用很大内存的进程运行时，需要耗费很多内存资源，此时就会有一些不常用的页面文件被交换到虚拟内存中。当这个占用很多内存资源的进程，运行结束并释放了很多内存时，刚才被交换出去的页面文件并不会自动地交换进物理内存，除非有这个必要，此时系统物理内存就会空闲很多，同时交换空间也在被使用，就出现了刚才所说的现象了。

最后，在使用交换空间的页面时，它会首先被交换到物理内存。如果此时，物理内存没有足够的空间容纳这些页面，它们又会被马上交换出去。如此以来，虚拟内存中可能没有足够空间来存储这些交换页面，最终会导致linux出现假死机，服务异常等问题。linux虽然可以在一段时间内自行恢复，但是恢复后的系统已经基本不可用了。因此，合理地规划和设计linux内存的使用，是非常重要的。

5. 3 虚拟内存原理

在系统中运行的每个进程都需要使用内存，但不是每个进程都需要一直使用系统分配的内存空间。当系统运行所需的内存超过实际的物理内存时，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。linux内核将这部分文件存储在磁盘上直到进程下一次调用，并将释放出的物理内存提供给需要的进程使用。

在Linux内存管理中，主要通过“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交换到磁盘上，把活动页面保留在物理内存中，以供进程使用。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)从磁盘重新回到物理内存的过程被称作Page-In。当内核需要一个分页，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）。

当发现可运行内存变少时，系统内核会通过Page-Out，释放一部分物理内存。尽管Page-Out不是经常发生，但如果Page-out频繁不断地发生，直到内核管理分页的时间超过运行进程的时间时，系统性能就会急剧下降。这时，系统已经运行地非常慢或进入暂停状态，这种状态被称作thrashing(颠簸)。