linux vmstat命令詳解和使用實(shí)例(linux系統(tǒng)監(jiān)控工具)

他是對(duì)系統(tǒng)的整體情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不足之處是無法對(duì)某個(gè)進(jìn)程進(jìn)行深入分析。vmstat 工具提供了一種低開銷的系統(tǒng)性能觀察方式。因?yàn)?nbsp;vmstat 本身就是低開銷工具，在非常高負(fù)荷的服務(wù)器上，你需要查看并監(jiān)控系統(tǒng)的健康情況,在控制窗口還是能夠使用vmstat 輸出結(jié)果。在學(xué)習(xí)vmstat命令前，我們先了解一下Linux系統(tǒng)中關(guān)于物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存相關(guān)信息。

物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存區(qū)別：

我們知道，直接從物理內(nèi)存讀寫數(shù)據(jù)要比從硬盤讀寫數(shù)據(jù)要快的多，因此，我們希望所有數(shù)據(jù)的讀取和寫入都在內(nèi)存完成，而內(nèi)存是有限的，這樣就引出了物理內(nèi)存與虛擬內(nèi)存的概念。

物理內(nèi)存就是系統(tǒng)硬件提供的內(nèi)存大小，是真正的內(nèi)存，相對(duì)于物理內(nèi)存，在linux下還有一個(gè)虛擬內(nèi)存的概念，虛擬內(nèi)存就是為了滿足物理內(nèi)存的不足而提出的策略，它是利用磁盤空間虛擬出的一塊邏輯內(nèi)存，用作虛擬內(nèi)存的磁盤空間被稱為交換空間（Swap Space）。

作為物理內(nèi)存的擴(kuò)展，linux會(huì)在物理內(nèi)存不足時(shí)，使用交換分區(qū)的虛擬內(nèi)存，更詳細(xì)的說，就是內(nèi)核會(huì)將暫時(shí)不用的內(nèi)存塊信息寫到交換空間，這樣以來，物理內(nèi)存得到了釋放，這塊內(nèi)存就可以用于其它目的，當(dāng)需要用到原始的內(nèi)容時(shí)，這些信息會(huì)被重新從交換空間讀入物理內(nèi)存。

linux的內(nèi)存管理采取的是分頁存取機(jī)制，為了保證物理內(nèi)存能得到充分的利用，內(nèi)核會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑽锢韮?nèi)存中不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)塊自動(dòng)交換到虛擬內(nèi)存中，而將經(jīng)常使用的信息保留到物理內(nèi)存。

要深入了解linux內(nèi)存運(yùn)行機(jī)制，需要知道下面提到的幾個(gè)方面：

首先，Linux系統(tǒng)會(huì)不時(shí)的進(jìn)行頁面交換操作，以保持盡可能多的空閑物理內(nèi)存，即使并沒有什么事情需要內(nèi)存，Linux也會(huì)交換出暫時(shí)不用的內(nèi)存頁面。這可以避免等待交換所需的時(shí)間。

其次，linux進(jìn)行頁面交換是有條件的，不是所有頁面在不用時(shí)都交換到虛擬內(nèi)存，linux內(nèi)核根據(jù)”最近最經(jīng)常使用“算法，僅僅將一些不經(jīng)常使用的頁面文件交換到虛擬內(nèi)存，有時(shí)我們會(huì)看到這么一個(gè)現(xiàn)象：linux物理內(nèi)存還有很多，但是交換空間也使用了很多。其實(shí)，這并不奇怪，例如，一個(gè)占用很大內(nèi)存的進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，需要耗費(fèi)很多內(nèi)存資源，此時(shí)就會(huì)有一些不常用頁面文件被交換到虛擬內(nèi)存中，但后來這個(gè)占用很多內(nèi)存資源的進(jìn)程結(jié)束并釋放了很多內(nèi)存時(shí)，剛才被交換出去的頁面文件并不會(huì)自動(dòng)的交換進(jìn)物理內(nèi)存，除非有這個(gè)必要，那么此刻系統(tǒng)物理內(nèi)存就會(huì)空閑很多，同時(shí)交換空間也在被使用，就出現(xiàn)了剛才所說的現(xiàn)象了。關(guān)于這點(diǎn)，不用擔(dān)心什么，只要知道是怎么一回事就可以了。

最后，交換空間的頁面在使用時(shí)會(huì)首先被交換到物理內(nèi)存，如果此時(shí)沒有足夠的物理內(nèi)存來容納這些頁面，它們又會(huì)被馬上交換出去，如此以來，虛擬內(nèi)存中可能沒有足夠空間來存儲(chǔ)這些交換頁面，最終會(huì)導(dǎo)致linux出現(xiàn)假死機(jī)、服務(wù)異常等問題，linux雖然可以在一段時(shí)間內(nèi)自行恢復(fù)，但是恢復(fù)后的系統(tǒng)已經(jīng)基本不可用了。

因此，合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)linux內(nèi)存的使用，是非常重要的。

虛擬內(nèi)存原理：

在系統(tǒng)中運(yùn)行的每個(gè)進(jìn)程都需要使用到內(nèi)存，但不是每個(gè)進(jìn)程都需要每時(shí)每刻使用系統(tǒng)分配的內(nèi)存空間。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行所需內(nèi)存超過實(shí)際的物理內(nèi)存，內(nèi)核會(huì)釋放某些進(jìn)程所占用但未使用的部分或所有物理內(nèi)存，將這部分資料存儲(chǔ)在磁盤上直到進(jìn)程下一次調(diào)用，并將釋放出的內(nèi)存提供給有需要的進(jìn)程使用。

在Linux內(nèi)存管理中，主要是通過“調(diào)頁P(yáng)aging”和“交換Swapping”來完成上述的內(nèi)存調(diào)度。調(diào)頁算法是將內(nèi)存中最近不常使用的頁面換到磁盤上，把活動(dòng)頁面保留在內(nèi)存中供進(jìn)程使用。交換技術(shù)是將整個(gè)進(jìn)程，而不是部分頁面，全部交換到磁盤上。

分頁(Page)寫入磁盤的過程被稱作Page-Out，分頁(Page)從磁盤重新回到內(nèi)存的過程被稱作Page-In。當(dāng)內(nèi)核需要一個(gè)分頁時(shí)，但發(fā)現(xiàn)此分頁不在物理內(nèi)存中(因?yàn)橐呀?jīng)被Page-Out了)，此時(shí)就發(fā)生了分頁錯(cuò)誤（Page Fault）。

當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)現(xiàn)可運(yùn)行內(nèi)存變少時(shí)，就會(huì)通過Page-Out來釋放一部分物理內(nèi)存。經(jīng)管Page-Out不是經(jīng)常發(fā)生，但是如果Page-out頻繁不斷的發(fā)生，直到當(dāng)內(nèi)核管理分頁的時(shí)間超過運(yùn)行程式的時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)效能會(huì)急劇下降。這時(shí)的系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行非常慢或進(jìn)入暫停狀態(tài)，這種狀態(tài)亦被稱作thrashing(顛簸)

1．命令格式：

2．命令功能：

用來顯示虛擬內(nèi)存的信息

3．命令參數(shù)：

-a：顯示活躍和非活躍內(nèi)存

-f：顯示從系統(tǒng)啟動(dòng)至今的fork數(shù)量 。

-m：顯示slabinfo

-n：只在開始時(shí)顯示一次各字段名稱。

-s：顯示內(nèi)存相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息及多種系統(tǒng)活動(dòng)數(shù)量。

delay：刷新時(shí)間間隔。如果不指定，只顯示一條結(jié)果。

count：刷新次數(shù)。如果不指定刷新次數(shù)，但指定了刷新時(shí)間間隔，這時(shí)刷新次數(shù)為無窮。

-d：顯示磁盤相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息。

-p：顯示指定磁盤分區(qū)統(tǒng)計(jì)信息

-S：使用指定單位顯示。參數(shù)有 k 、K 、m 、M ，分別代表1000、1024、1000000、1048576字節(jié)（byte）。默認(rèn)單位為K（1024 bytes）

-V：顯示vmstat版本信息。

4．使用實(shí)例：

實(shí)例1：顯示虛擬內(nèi)存使用情況

命令：vmstat

輸出：

vmstat命令輸出信息詳細(xì)說明：

字段說明：

Procs（進(jìn)程）：

r: 運(yùn)行隊(duì)列中進(jìn)程數(shù)量

b: 等待IO的進(jìn)程數(shù)量

Memory（內(nèi)存）：

swpd: 使用虛擬內(nèi)存大小

free: 可用內(nèi)存大小

buff: 用作緩沖的內(nèi)存大小

cache: 用作緩存的內(nèi)存大小

Swap：

si: 每秒從交換區(qū)寫到內(nèi)存的大小

so: 每秒寫入交換區(qū)的內(nèi)存大小

IO：（現(xiàn)在的Linux版本塊的大小為1024bytes）

bi: 每秒讀取的塊數(shù)

bo: 每秒寫入的塊數(shù)

系統(tǒng)：

in: 每秒中斷數(shù)，包括時(shí)鐘中斷。

cs: 每秒上下文切換數(shù)。

CPU（以百分比表示）：

us: 用戶進(jìn)程執(zhí)行時(shí)間(user time)

sy: 系統(tǒng)進(jìn)程執(zhí)行時(shí)間(system time)

id: 空閑時(shí)間(包括IO等待時(shí)間),中央處理器的空閑時(shí)間 。以百分比表示。

wa: 等待IO時(shí)間

備注： 如果 r經(jīng)常大于 4 ，且id經(jīng)常少于40，表示cpu的負(fù)荷很重。如果pi，po 長期不等于0，表示內(nèi)存不足。如果disk 經(jīng)常不等于0， 且在 b中的隊(duì)列 大于3， 表示 io性能不好。Linux在具有高穩(wěn)定性、可靠性的同時(shí)，具有很好的可伸縮性和擴(kuò)展性，能夠針對(duì)不同的應(yīng)用和硬件環(huán)境調(diào)整，優(yōu)化出滿足當(dāng)前應(yīng)用需要的最佳性能。因此企業(yè)在維護(hù)Linux系統(tǒng)、進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)優(yōu)時(shí)，了解系統(tǒng)性能分析工具是至關(guān)重要的。

命令：vmstat 5 5

表示在5秒時(shí)間內(nèi)進(jìn)行5次采樣。將得到一個(gè)數(shù)據(jù)匯總他能夠反映真正的系統(tǒng)情況。

實(shí)例2：顯示活躍和非活躍內(nèi)存

命令：vmstat -a 2 5

輸出：

說明：

使用-a選項(xiàng)顯示活躍和非活躍內(nèi)存時(shí)，所顯示的內(nèi)容除增加inact和active外，其他顯示內(nèi)容與例子1相同。

字段說明：

Memory（內(nèi)存）：

inact: 非活躍內(nèi)存大小（當(dāng)使用-a選項(xiàng)時(shí)顯示）

active: 活躍的內(nèi)存大?。ó?dāng)使用-a選項(xiàng)時(shí)顯示）

實(shí)例3：查看系統(tǒng)已經(jīng)fork了多少次

命令：vmstat -f

輸出：

說明：

這個(gè)數(shù)據(jù)是從/proc/stat中的processes字段里取得的

實(shí)例4：查看內(nèi)存使用的詳細(xì)信息

命令：vmstat -s

輸出：

說明：

這些信息的分別來自于/proc/meminfo,/proc/stat和/proc/vmstat。

實(shí)例5：查看磁盤的讀/寫

命令：vmstat -d

輸出：

說明：

這些信息主要來自于/proc/diskstats.

merged:表示一次來自于合并的寫/讀請(qǐng)求,一般系統(tǒng)會(huì)把多個(gè)連接/鄰近的讀/寫請(qǐng)求合并到一起來操作.

實(shí)例6：查看/dev/sda1磁盤的讀/寫

命令：vmstat -p /dev/sda1

輸出：

說明：

這些信息主要來自于/proc/diskstats。

reads:來自于這個(gè)分區(qū)的讀的次數(shù)。

read sectors:來自于這個(gè)分區(qū)的讀扇區(qū)的次數(shù)。

writes:來自于這個(gè)分區(qū)的寫的次數(shù)。

requested writes:來自于這個(gè)分區(qū)的寫請(qǐng)求次數(shù)。

實(shí)例7：查看系統(tǒng)的slab信息

命令：vmstat -m

輸出：

這組信息來自于/proc/slabinfo。

slab:由于內(nèi)核會(huì)有許多小對(duì)象，這些對(duì)象構(gòu)造銷毀十分頻繁，比如i-node，dentry，這些對(duì)象如果每次構(gòu)建的時(shí)候就向內(nèi)存要一個(gè)頁(4kb)，而其實(shí)只有幾個(gè)字節(jié)，這樣就會(huì)非常浪費(fèi)，為了解決這個(gè)問題，就引入了一種新的機(jī)制來處理在同一個(gè)頁框中如何分配小存儲(chǔ)區(qū)，而slab可以對(duì)小對(duì)象進(jìn)行分配,這樣就不用為每一個(gè)對(duì)象分配頁框，從而節(jié)省了空間，內(nèi)核對(duì)一些小對(duì)象創(chuàng)建析構(gòu)很頻繁，slab對(duì)這些小對(duì)象進(jìn)行緩沖,可以重復(fù)利用,減少內(nèi)存分配次數(shù)。

總結(jié)：

目前說來，對(duì)于服務(wù)器監(jiān)控有用處的度量主要有：

r（運(yùn)行隊(duì)列）
pi（頁導(dǎo)入）
us（用戶CPU）
sy（系統(tǒng)CPU）
id（空閑）
注意：如果r經(jīng)常大于4 ，且id經(jīng)常少于40，表示cpu的負(fù)荷很重。如果bi，bo 長期不等于0，表示內(nèi)存不足。

通過VMSTAT識(shí)別CPU瓶頸：
r（運(yùn)行隊(duì)列）展示了正在執(zhí)行和等待CPU資源的任務(wù)個(gè)數(shù)。當(dāng)這個(gè)值超過了CPU數(shù)目，就會(huì)出現(xiàn)CPU瓶頸了。

Linux下查看CPU核心數(shù)的命令：

cat /proc/cpuinfo|grep processor|wc -l

當(dāng)r值超過了CPU個(gè)數(shù)，就會(huì)出現(xiàn)CPU瓶頸，解決辦法大體幾種：

1. 最簡單的就是增加CPU個(gè)數(shù)和核數(shù)
2. 通過調(diào)整任務(wù)執(zhí)行時(shí)間，如大任務(wù)放到系統(tǒng)不繁忙的情況下進(jìn)行執(zhí)行，進(jìn)爾平衡系統(tǒng)任務(wù)
3. 調(diào)整已有任務(wù)的優(yōu)先級(jí)

通過vmstat識(shí)別CPU滿負(fù)荷：

首先需要聲明一點(diǎn)的是，vmstat中CPU的度量是百分比的。當(dāng)us＋sy的值接近100的時(shí)候，表示CPU正在接近滿負(fù)荷工作。但要注意的是，CPU 滿負(fù)荷工作并不能說明什么，Linux總是試圖要CPU盡可能的繁忙，使得任務(wù)的吞吐量最大化。唯一能夠確定CPU瓶頸的還是r（運(yùn)行隊(duì)列）的值。

通過vmstat識(shí)別RAM瓶頸：

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器都只有有限的RAM，出現(xiàn)內(nèi)存爭(zhēng)用現(xiàn)象是Oracle的常見問題。

首先用free查看RAM的數(shù)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

當(dāng)內(nèi)存的需求大于RAM的數(shù)量，服務(wù)器啟動(dòng)了虛擬內(nèi)存機(jī)制，通過虛擬內(nèi)存，可以將RAM段移到SWAP DISK的特殊磁盤段上，這樣會(huì) 出現(xiàn)虛擬內(nèi)存的頁導(dǎo)出和頁導(dǎo)入現(xiàn)象，頁導(dǎo)出并不能說明RAM瓶頸，虛擬內(nèi)存系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)對(duì)內(nèi)存段進(jìn)行頁導(dǎo)出，但頁導(dǎo)入操作就表明了服務(wù)器需要更多的內(nèi)存了， 頁導(dǎo)入需要從SWAP DISK上將內(nèi)存段復(fù)制回RAM，導(dǎo)致服務(wù)器速度變慢。

解決的辦法有幾種：

1. 最簡單的，加大RAM；
2. 改小SGA，使得對(duì)RAM需求減少；
3. 減少RAM的需求。（如：減少PGA）