Linux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。

　　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。

　　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。
使用sar进行综合分析

　　表1 sar参数说明

　　选项 功能

　　-A 汇总所有的报告

　　-a 报告文件读写使用情况

　　-B 报告附加的缓存的使用情况

　　-b 报告缓存的使用情况

　　-c 报告系统调用的使用情况

　　-d 报告磁盘的使用情况

　　-g 报告串口的使用情况

　　-h 报告关于buffer使用的统计数据

　　-m 报告IPC消息队列和信号量的使用情况

　　-n 报告命名cache的使用情况

　　-p 报告调页活动的使用情况

　　-q 报告运行队列和交换队列的平均长度

　　-R 报告进程的活动情况

　　-r 报告没有使用的内存页面和硬盘块

　　-u 报告CPU的利用率

　　-v 报告进程、i节点、文件和锁表状态

　　-w 报告系统交换活动状况

　　-y 报告TTY设备活动状况



　　sar是System Activity Reporter（系统活动情况报告）的缩写。顾名思义，sar工具将对系统当前的状态进行取样，然后通过计算数据和比例来表达系统的当前运行状态。它的特点是可以连续对系统取样，获得大量的取样数据；取样数据和分析的结果都可以存入文件，所需的负载很小。sar是目前Linux上最为全面的系统性能分析工具之一，可以从14个大方面对系统的活动进行报告，包括文件的读写情况、系统调用的使用情况、串口、CPU效率、内存使用状况、进程活动及IPC有关的活动等，使用也是较为复杂。

　　sar的语法如下：
程序代码

sar [-option] [-o file] t [n]


　　它的含义是每隔t秒取样一次，共取样n次。其中-o file表示取样结果将以二进制形式存入文件file中。

　　另一种语法如下： 程序代码
sar [-option] [-s time] [-e time] [-i sec] [-f file]



　　含义是表示从file文件中取出数据，如果没有指定-f file，则从标准数据文件/var/adm/sa/sadd取数据，其中dd表示当前天。另外，-s time表示起始时间；-e time表示停止时间；-i sec表示取样的时间间隔，如果不指定则表示取文件中所有的数据。对于具体的选项参见表1。

　　一般它与-q和-u联合使用，以便对每个CPU的使用情况进行分析，比如运行如下命令：

程序代码
sar -q -u 5 1

将输出如下：
程序代码
Linux 2.4.18-18smp (builder.linux.com) 2003年03月07日

09时46分16? CPU %user %nice %system %idle
09时46分21? all 0.20 0.00 0.00 99.80

09时46分16? runq-sz plist-sz ldavg-1 ldavg-5
09时46分21? 0 91 0.00 0.00

Average: CPU %user %nice %system %idle
Average: all 0.20 0.00 0.00 99.80

Average: runq-sz plist-sz ldavg-1 ldavg-5
Average: 0 91 0.00 0.00

 

使用vmstat检查cpu和ram瓶颈
vmstat （Virtual Memory Statistics ），对系统的进程情况、内存使用情况、交换页和 I/O 块使用情况、中断以及 CPU 使用情况进行统计并报告相应的信息。第一个显示内容指出了计算机自上次重启至今的平均使用情况。后面的每一行信息是按 延时 定期地显示系统的各部分信息。进程信息和内存信息都是即时产生的。

 

 

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检查cpu瓶颈

sun下：

$ vmstat 2 5
 kthr      memory            page            disk          faults      cpu
 r b w   swap  free  re  mf pi po fr de sr s6 s9 s1 sd   in   sy   cs us sy id
 0 0 0 2855040 381040 76 11 1186 1 1  0  0  0  0  0 16  756  427  219  3  1 96
 0 0 0 2160984 201328 0   5 24  0  0  0  0  0  3  0  3  733   72  101  0  0 100
 0 0 0 2160984 201328 0   0  0  0  0  0  0  0  0  0  3  719   48   81  0  0 100
 0 0 0 2160984 201328 0   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  710   30   63  0  0 100
 0 0 0 2160984 201328 0   0  0  0  0  0  0  0  1  0  3  721   41   85  0  0 100

linux下：

$ vmstat 2 5
   procs                      memory    swap          io     system         cpu
 r  b  w   swpd   free   buff  cache  si  so    bi    bo   in    cs  us  sy  id
 1  0  0  25324  20196 214720 1529664   0   0     0     0    0     0   1   0   1
 1  0  0  25324  20196 214720 1529664   0   0     0    30  109   132   3  31  66
 1  0  0  25324  20180 214728 1529672   0   0     0    40  107   135   3  35  62
 1  0  0  25324  20168 214728 1529672   0   0     0    60  107   154   2  33  65
 1  0  2  25324  20148 214740 1529680   0   0     4    86  116   164   4  30  66

黑体部分是vmstat最需要关注的部分：

r（running）：这个值表示正在运行（已经获得或者正在等待获得cpu time）的进程数量，正常情况下，当这个值超过服务器上cpu的数量，就可能存在cpu瓶颈，有一些任务要等待执行。当业务繁忙的时候，不超过2倍cpu数量，还是可以认为合理的。

b（blocked）：被阻塞的进程。正常情况下为0比较好。

w（swapped）：被交换出去的进程。正常情况下为0比较好。

pi（页换入，在linux下表示为si）：当服务器出现ram内存短缺的时候，就会出现页换入操作，页换入操作表示服务器出现了ram短缺，所有具有虚拟内存的服务器会将页换出到交换磁盘。当从交换磁盘上读入ram内存内容时，任何非零的pi值都表示有附加的活动。

us（用户cpu）：服务于用户任务的cpu百分比。

sy（系统cpu）：服务于系统任务的cpu百分比。

id（空闲）：空闲cpu的百分比。如果idle经常为0，或者cpu sy是cpu us两倍，那么系统可能面临cpu资源短缺。

r大于cpu数量，就存在cpu瓶颈，那么怎么看cpu数量呢？

sun下：
$ psrinfo -v|grep "Status of virtual processor"|wc -l

linux下：
$ cat /proc/cpuinfo|grep processor|wc -l