Linux 命令总结之 vmstat

简介
虚拟内存原理
vmstat详解
总结

简介

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。这个命令是我查看Linux/Unix最喜爱的命令，一个是Linux/Unix都支持，二是相比top，我可以看到整个机器的CPU,内存,IO的使用情况，而不是单单看到各个进程的CPU使用率和内存使用率(使用场景不一样)。

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。

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)。

vmstat详解

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]

参数说明：

 -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。

一般vmstat工具的使用是通过两个数字参数来完成的，第一个参数是采样的时间间隔数，单位是秒，第二个参数是采样的次数，如:

 [root@Finish scripts]# vmstat 2 1
 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   4392   6672  50404    0    0    17     3   21   21  0  0 99  0  0

2表示每个两秒采集一次服务器状态，1表示只采集一次。

实际上，在应用过程中，我们会在一段时间内一直监控，不想监控直接结束vmstat就行了,例如:

 $ 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
  1  0      0   4400   6688  50408    0    0    15     2   20   19  0  0 99  0  0
  0  0      0   4356   6688  50408    0    0     0     0   18   12  0  0 100  0  0
  0  0      0   4356   6688  50408    0    0     0     0   16    9  0  1 100  0  0
  0  0      0   4356   6688  50408    0    0     0     0   17    9  0  1 1

这表示vmstat每2秒采集数据，一直采集，直到我结束程序，这里采集了5次数据我就结束了程序。

使用说明

例子1：每3秒输出一条结果

 [root@Finish scripts]# vmstat 3
 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   4400   6688  50408    0    0    14     2   20   19  0  0 99  0  0
  0  0      0   4384   6688  50408    0    0     0     0   16   12  0  0 100  0  0
  0  0      0   4384   6688  50408    0    0     0     0   12    7  0  0 100  0  0
  0  0      0   4384   6688  50408    0    0     0     0   16   10  0  0 100  0  0

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

 $ vmstat -a 3
 procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
  r  b   swpd   free  inact active   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
  1  0      0   4372  42404  20356    0    0    14     2   20   18  0  0 99  0  0
  0  0      0   4356  42404  20356    0    0     0     0   19   10  0  1 99  0  0
  0  0      0   4356  42404  20356    0    0     0     0   14    9  0  0 100  0  0

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：

最简单的就是增加CPU个数和核数
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
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：

$ 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：

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

Larry

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