- vmstat命令介紹
- vmstat各個引數的含義
- procs
- memory
- swap
- io
- system
- cpu
- vmstat命令使用例項
- vmstat各個引數的含義
- 虛擬記憶體相關知識
- 總結
- 透過vmstat來識別CPU瓶頸：
- 解決CPU瓶頸的辦法如下：
- 透過vmstat識別CPU滿負荷：
- 透過vmstat識別記憶體瓶頸：
- 解決記憶體瓶頸的辦法如下：
vmstat命令介紹
vmstat主要是用來檢測虛擬記憶體的，可以展現給定時間間隔的伺服器的狀態值，包括CPU使用率，記憶體使用率，虛擬記憶體交換情況，I/O讀寫情況等。一般vmstat工具的使用是透過兩個數字引數來完成的，第一個引數是取樣的時間間隔數，單位是秒，第二個引數是取樣的次數，如：
# 2表示每隔兩秒採集一次伺服器狀態，1表示只採集一次
# 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
2 0 0 4776548 153688 1299304 0 0 0 15 0 0 2 0 98 0 0
在實際應用過程中，我們會在一段時間內一直監控，不想監控直接結束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 4777576 153688 1299500 0 0 0 15 0 0 2 0 98 0 0
0 0 0 4777696 153688 1299500 0 0 0 124 222 289 0 0 100 0 0
0 0 0 4777664 153688 1299512 0 0 0 520 426 524 0 0 99 0 0
0 0 0 4779712 153688 1299548 0 0 0 484 462 525 1 1 98 0 0
0 0 0 4779428 153688 1299548 0 0 0 10 171 267 0 0 100 0 0
上面的命令表示vmstat每2秒採集一次資料，一直採集，直到我結束程式。vmstat命令常用的選項如下：
| 選項 | 功能 |
|---|---|
| -a | 顯示活躍和非活躍記憶體 |
| -f | 顯示從系統啟動至今的fork數量 |
| -m | 顯示slabinfo |
| -s | 顯示記憶體相關統計資訊及多種系統活動數量 |
| -d | 顯示磁碟相關的統計資訊 |
| -S | 使用指定單位顯示。引數有 k 、K 、m 、M ，分別代表1000、1024、1000000、1048576位元組(Byte)，預設單位為K(1024 Bytes) |
| delay | 重新整理時間間隔，如果不指定，只顯示一條結果 |
| count | 重新整理次數，如果不指定重新整理次數，但指定了重新整理時間間隔，這時重新整理次數為無窮 |
vmstat各個引數的含義
procs
r：執行佇列中程序的數量，這些程序都是可執行狀態，都在等待CPU的分配
解釋：當這個值超過了CPU數目，就會出現CPU瓶頸，如果執行佇列過大，表示你的CPU很繁忙，一般會造成CPU使用率很高
b：被blocked(阻塞)的程序數，正在等待IO
memory
swpd：使用的虛擬記憶體的大小，單位是KB
解釋：如果該值大於0，表示你的機器實體記憶體不足了，如果不是程式記憶體洩露的原因，那麼你該升級記憶體了或者把耗記憶體的任務遷移到其他機器
free：可用的實體記憶體大小，單位是KB
buff：實體記憶體用來快取讀寫操作的buffer大小，單位是KB
cache：實體記憶體用來快取程序地址空間的cache大小，單位是KB
swap
si(換入)：每秒從SWAP(交換分割槽)讀入到RAM（swap in）的大小，單位是KB
so(換出)：每秒從RAM寫出到SWAP（swap out）的大小，單位是KB
解釋：記憶體夠用的時候，這2個值都是0，如果這2個值長期大於0時，系統效能會受到影響。有些朋友看到空閒記憶體(free)很少時，就認為記憶體不夠用了，不能光看這一點，還要結合si和so，如果free很少，但是si和so也很少(大多時候是0)，那麼不用擔心，系統效能這時不會受到影響。
io
bi：每秒從檔案系統或SWAP讀入到RAM（blocks in）的塊數，block(1KB磁碟塊)為單位
bo：每秒從RAM寫出到檔案系統或SWAP（blocks out）的塊數，block(1KB磁碟塊)為單位
解釋：隨機磁碟讀寫的時候，這2個值越大（如超出1024k)，能看到CPU在IO等待的值也會越大。
system
in：每秒的中斷數
cs：系統每秒進行上下文切換的次數
解釋：cs表示每秒上下文切換的次數，例如，當我們呼叫系統函式，就要進行上下文切換；當進行執行緒的切換，也要進行上下文切換，這個值越小越好。例如在apache和nginx這種web伺服器中，我們一般做效能測試時會進行幾千併發甚至幾萬併發的測試，選擇web伺服器的程序可以由程序或者執行緒的峰值一直下調，壓測，直到cs到一個比較小的值，這個程序或執行緒數就是比較合適的值了。系統呼叫也是如此，每次呼叫系統函式，我們的程式碼就會進入到核心空間(核心態)，導致上下文切換，這個過程很耗資源，所以要儘量避免頻繁的系統呼叫。上下文切換次數過多表示你的CPU大部分時間浪費在上下文切換中，導致CPU幹正經事的時間少了。
cpu
us：使用者空間佔用CPU的百分比
解釋：us的值比較高時，說明使用者程序消耗的CPU時間比較多，但是如果長期超過50%，那麼我們就該考慮最佳化程式演算法或者進行加速。
sy：核心空間佔用CPU的百分比
解釋：sy的值高時，說明系統核心消耗的CPU資源多，這並不是良性表現，我們應該檢查原因。
id：CPU空閒的百分比
wa：CPU等待IO的百分比
解釋：wa的值高時，說明CPU等待I/O的時間比較多，這可能是大量的磁碟隨機訪問造成的，也有可能是磁碟出現瓶頸。
st：來自於虛擬機器偷取的CPU所佔的百分比
vmstat命令使用例項
顯示活躍或非活躍記憶體
# 每秒輸出一次資訊
vmstat -a 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free inact active si so bi bo in cs us sy id wa st
2 0 0 4775112 659976 2271076 0 0 0 15 0 0 2 0 98 0 0
0 0 0 4775112 659976 2271172 0 0 0 656 522 552 1 0 99 0 0
0 0 0 4775080 659976 2271172 0 0 0 0 220 304 0 0 100 0 0
0 0 0 4775332 659976 2271172 0 0 0 0 185 281 0 0 100 0 0
0 0 0 4775364 659976 2271172 0 0 0 120 228 322 0 0 100 0 0
虛擬記憶體相關知識
在系統中執行的每個程序都需要使用到記憶體，但並不是所有的程序每時每刻都會使用到記憶體。當系統執行所需記憶體超過實際的實體記憶體時，系統核心會釋放某些程序所佔用但未使用的部分或所有實體記憶體，將這部分資料儲存在磁碟上直到程序下一次呼叫，並將釋放出的記憶體提供給有需要的程序使用。在Linux記憶體管理中，主要是透過“調頁Paging”和“交換Swapping”來完成上述的記憶體排程。調頁演算法是將記憶體中最近不常使用的頁面換到磁碟上，把活動頁面保留在記憶體中供程序使用。而交換是將整個程序，而不是部分頁面，全部交換到磁碟上。分頁(Page)寫入磁碟的過程被稱作Page-Out，分頁(Page)從磁碟重新回到記憶體的過程被稱作Page-In。當核心需要一個分頁時，但發現此分頁不在實體記憶體中(因為已經被Page-Out了)，此時就發生了分頁錯誤(Page Fault)。當系統核心發現可執行記憶體變少時，就會透過Page-Out來釋放一部分實體記憶體。儘管Page-Out不是經常發生，但是如果Page-Out頻繁不斷地發生，直到當核心管理分頁的時間超過了執行程式的時間時，系統效能會急劇下降。這時的系統已經執行的非常慢或進入暫停狀態，這種狀態也被稱作thrashing(顛簸)。
總結
vmstat是一個伺服器監控命令，透過vmstat可以看到CPU和記憶體的使用情況。目前說來，對於伺服器監控有用處的度量主要有：
- r（執行佇列）
- pi（頁匯入）
- us（使用者CPU）
- sy（系統CPU）
- id（空閒CPU）
透過vmstat來識別CPU瓶頸：
r（執行佇列）展示了正在執行和等待CPU資源的任務個數，當這個值超過了CPU數目，就會出現CPU瓶頸。
Linux下檢視CPU核心數的命令：
cat /proc/cpuinfo|grep processor|wc -l
解決CPU瓶頸的辦法如下：
- 1.增加CPU個數或核數(推薦)
- 2.調整任務的執行時間，如把大任務放到系統不繁忙的時候進行，進而平衡系統的任務。
- 3.調整已有任務的優先順序
透過vmstat識別CPU滿負荷：
首先需要宣告一點的是，vmstat中CPU的度量是百分比的。當us＋sy的值接近100的時候，表示CPU正在接近滿負荷工作。但要注意的是，CPU滿負荷工作並不能說明什麼，Linux總是試圖要CPU儘可能的繁忙，使得任務的吞吐量最大化。唯一能夠確定CPU瓶頸的還是r（執行佇列）的值。
透過vmstat識別記憶體瓶頸：
當記憶體的需求大於實際的實體記憶體時，伺服器就會啟動虛擬記憶體機制，透過虛擬記憶體，可以將記憶體段移到SWAP DISK的特殊磁碟段上，這樣就會出現虛擬記憶體的頁匯入和頁匯出現象。頁匯出並不能說明出現了記憶體瓶頸，虛擬記憶體系統經常會對記憶體段進行頁匯出，但是頁匯入操作就表明伺服器需要更多的記憶體了， 頁匯入需要從SWAP DISK上將記憶體段複製回記憶體，導致伺服器速度變慢。
解決記憶體瓶頸的辦法如下：
1.最簡單的，增加記憶體(推薦)
2.改小SGA，使得對記憶體的需求減少
3.改小PGA，使得對記憶體的需求減少