Linux系统整体性能监控工具详解(上)

来源：linuxdiyf.com    作者：邱建元

Linux中常用的监控CPU整体性能的工具有：

 mpstat： mpstat 不但能查看所有CPU的平均信息，还能查看指定CPU的信息。

 vmstat：只能查看所有CPU的平均信息；查看cpu队列信息；

 iostat: 只能查看所有CPU的平均信息。

 sar： 与mpstat 一样，不但能查看CPU的平均信息，还能查看指定CPU的信息。

 top：显示的信息同ps接近，但是top可以了解到CPU消耗，可以根据用户指定的时间来更新显示。

oprofile：OProfile 是一个低开销的系统全局的性能监视工具。它使用处理器上的性能监视硬件来检索关于内核以及系统上的可执行文件的信息，例如内存是何时被引用的；L2 缓存请求数量；收到的硬件中断数量等

1. /proc/stat/

包含了所有CPU活动的信息，该文件中的所有值都是从系统启动开始累计到当前时刻。

CODE:

[work@builder ~]$ cat /proc/stat
cpu 432661 13295 86656 422145968 171474 233 5346
cpu0 123075 2462 23494 105543694 16586 0 4615
cpu1 111917 4124 23858 105503820 69697 123 371
cpu2 103164 3554 21530 105521167 64032 106 334
cpu3 94504 3153 17772 105577285 21158 4 24
intr 1065711094 1057275779 92 0 6 6 0 4 0 3527 0 0 0 70 0 20 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7376958 0 0 0 0 0 0 0 
1054602 0 0 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 0
ctxt 19067887
btime 1139187531
processes 270014
procs_running 1
procs_blocked 0

输出解释

CPU 以及CPU0、CPU1、CPU2、CPU3每行的每个参数意思（以第一行为例）为：

参数 解释

user (432661) 从系统启动开始累计到当前时刻，用户态的CPU时间（单位：jiffies） ，不包含 nice值为负进程。1jiffies=0.01秒

nice (13295) 从系统启动开始累计到当前时刻，nice值为负的进程所占用的CPU时间（单位：jiffies）

system (86656) 从系统启动开始累计到当前时刻，核心时间（单位：jiffies）

idle (422145968) 从系统启动开始累计到当前时刻，除硬盘IO等待时间以外其它等待时间（单位：jiffies）

iowait (171474) 从系统启动开始累计到当前时刻，硬盘IO等待时间（单位：jiffies） ，

irq (233) 从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断时间（单位：jiffies）

softirq (5346) 从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间（单位：jiffies）

CPU时间=user+system+nice+idle+iowait+irq+softirq

“intr”这行给出中断的信息，第一个为自系统启动以来，发生的所有的中断的次数；然后每个数对应一个特定的中断自系统启动以来所发生的次数。

“ctxt”给出了自系统启动以来CPU发生的上下文交换的次数。

“btime”给出了从系统启动到现在为止的时间，单位为秒。

“processes (total_forks) 自系统启动以来所创建的任务的个数目。

“procs_running”：当前运行队列的任务的数目。

“procs_blocked”：当前被阻塞的任务的数目。

 

2. /proc/loadavg

该文件中的所有值都是从系统启动开始累计到当前时刻。该文件只给出了所有CPU的集合信息，不能该出每个CPU的信息。

[root@localhost ~]# cat /proc/loadavg

4.61 4.36 4.15 9/84 5662

每个值的含义为：

参数 解释

lavg_1 (4.61) 1-分钟平均负载

lavg_5 (4.36) 5-分钟平均负载

lavg_15(4.15) 15-分钟平均负载

nr_running (9) 在采样时刻，运行队列的任务的数目，与/proc/stat的procs_running表示相同意思

nr_threads (84) 在采样时刻，系统中活跃的任务的个数（不包括运行已经结束的任务）

last_pid(5662) 最大的pid值，包括轻量级进程，即线程。

假设当前有两个CPU，则每个CPU的当前任务数为4.61/2=2.31

3. uptime

uptime是Linux系统常用的命令，用来报告系统已经运行多长时间，依此显示的信息：现在时间，系统已经运行了的时间，目前有多少登陆用户， 1分钟系统平均负载，5分钟系统平均负载，15分钟系统平均负载。该命令从/proc/loadavg 中获得load average的信息。

范例1：系统只用一个CPU

[root@localhost ~]# uptime

12:20:49 up 3 days,9:20, 5 users, load average 1.10 1.32 1.15

对于一个CPU的系统来说，范例1中的平均负载高了些。通常来说：如果系统有n个CPU而且平均负载小于n,则说明某些CPU还有空闲的时间片。通过该命令，你能知道CPU是否繁忙，但是无法知道为什么忙。

4. mpstat

mpstat是Multiprocessor Statistics的缩写，是实时系统监控工具。其报告与CPU的一些统计信息，这些信息存放在/proc/stat文件中。在多CPUs系统里，其不但能查看所有CPU的平均状况信息，而且能够查看特定CPU的信息。下面只介绍 mpstat与CPU相关的参数，mpstat的语法如下：

mpstat [-P {|ALL}] [internal [count]]

参数的含义如下：

参数 解释

-P {|ALL} 表示监控哪个CPU， cpu在[0,cpu个数-1]中取值

internal 相邻的两次采样的间隔时间

count 采样的次数，count只能和delay一起使用

当没有参数时，mpstat则显示系统启动以后所有信息的平均值。有interval时，第一行的信息自系统启动以来的平均信息。从第二行开始，输出为前一个interval时间段的平均信息。与CPU有关的输出的含义如下：

参数 解释 从/proc/stat获得数据

CPU 处理器ID

user 在internal时间段里，用户态的CPU时间（%） ，不包含 nice值为负 进程 usr/total*100

nice 在internal时间段里，nice值为负进程的CPU时间（%） nice/total*100

system 在internal时间段里，核心时间（%） system/total*100

iowait 在internal时间段里，硬盘IO等待时间（%） iowait/total*100

irq 在internal时间段里，软中断时间（%） irq/total*100

soft 在internal时间段里，软中断时间（%） softirq/total*100

idle 在internal时间段里，CPU除去等待磁盘IO操作外的因为任何原因而空闲的时间闲置时间 （%） idle/total*100

intr/s 在internal时间段里，每秒CPU接收的中断的次数 intr/total*100

CPU总的工作时间=total_cur=user+system+nice+idle+iowait+irq+softirq

total_pre=pre_user+ pre_system+ pre_nice+ pre_idle+ pre_iowait+ pre_irq+ pre_softirq

user=user_cur – user_pre

total=total_cur-total_pre

其中_cur 表示当前值，_pre表示interval时间前的值。上表中的所有值可取到两位小数点。

范例1：average mode (粗略信息)

当mpstat不带参数时，输出为从系统启动以来的平均值。

CODE:

[work@builder linux-2.6.14]$ mpstat 
Linux 2.6.9-5.31AXsmp (builder.redflag-linux.com) 12/16/2005
09:38:46 AM CPU %user %nice %system %iowait %irq %soft %idle intr/s
09:38:48 AM all 23.28 0.00 1.75 0.50 0.00 0.00 74.47 1018.59

范例2: 每2秒产生了4个处理器的统计数据报告

下面的命令可以每2秒产生了4个处理器的统计数据报告，一共产生三个interval 的信息，然后再给出这三个interval的平均信息。默认时，输出是按照CPU 号排序。第一个行给出了从系统引导以来的所有活跃数据。接下来每行对应一个处理器的活跃状态。。

CODE:

[work@builder linux-2.6.14]$ mpstat -P ALL 2 3
Linux 2.6.9-5.31AXsmp (builder.redflag-linux.com) 12/16/2005
09:38:46 AM CPU %user %nice %system %iowait %irq %soft %idle intr/s
09:38:48 AM all 23.28 0.00 1.75 0.50 0.00 0.00 74.47 1018.59
09:38:48 AM 0 2.01 0.00 1.01 0.50 0.00 0.00 96.48 5.03
09:38:48 AM 1 51.26 0.00 3.02 1.01 0.00 0.00 44.72 7.04
09:38:48 AM 2 17.09 0.00 2.01 0.50 0.00 0.00 81.41 0.00
09:38:48 AM 3 22.61 0.00 1.01 0.00 0.00 0.00 76.38 1006.03
09:38:48 AM CPU %user %nice %system %iowait %irq %soft %idle intr/s
09:38:50 AM all 24.22 0.00 1.25 1.25 0.00 0.00 73.28 1049.75
09:38:50 AM 0 1.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 98.01 28.86
09:38:50 AM 1 93.03 0.00 3.48 0.00 0.00 0.00 2.99 25.37
09:38:50 AM 2 1.99 0.00 0.50 4.98 0.00 0.00 92.54 0.00
09:38:50 AM 3 1.00 0.00 0.50 0.00 0.00 0.00 98.51 995.52
09:38:50 AM CPU %user %nice %system %iowait %irq %soft %idle intr/s
09:38:52 AM all 23.69 0.00 2.37 0.37 0.00 0.12 73.44 1028.36
09:38:52 AM 0 2.99 0.00 1.49 0.00 0.00 0.50 95.02 111.94
09:38:52 AM 1 52.74 0.00 2.99 1.00 0.00 0.00 42.29 4.48
09:38:52 AM 2 14.93 0.00 1.99 0.00 0.00 0.00 82.09 4.48
09:38:52 AM 3 23.38 0.00 1.99 0.50 0.00 0.00 73.13 907.46
Average: CPU %user %nice %system %iowait %irq %soft %idle intr/s
Average: all 23.73 0.00 1.79 0.71 0.00 0.04 73.73 1032.28
Average: 0 2.00 0.00 1.16 0.17 0.00 0.17 96.51 48.75
Average: 1 65.72 0.00 3.16 0.67 0.00 0.00 29.95 12.31
Average: 2 11.31 0.00 1.50 1.83 0.00 0.00 85.36 1.50
Average: 3 15.64 0.00 1.16 0.17 0.00 0.00 82.70 969.55
[work@builder linux-2.6.14]$

范例3：比较带参数和不带参数的mpstat的结果。

在后台开一个2G的文件

> cat 1.img —/* 1.img=2GBytes

然后在另一个终端运行mpstat命令

CODE:

[root@localhost ~]# mpstat
Linux 2.6.13 (localhost.localdomain) 2005年12月15日
13时48分52秒 CPU %user %nice %system %iowait %irq %soft %idle intr/s
13时48分52秒 all 1.57 0.00 0.24 0.15 0.12 0.01 97.92 308.12
[root@localhost ~]# mpstat
Linux 2.6.13 (localhost.localdomain) 2005年12月15日
13时48分53秒 CPU %user %nice %system %iowait %irq %soft %idle intr/s
13时48分53秒 all 1.57 0.00 0.24 0.15 0.12 0.01 97.92 308.12
[root@localhost ~]# mpstat
Linux 2.6.13 (localhost.localdomain) 2005年12月15日
13时48分53秒 CPU %user %nice %system %iowait %irq %soft %idle intr/s
13时48分53秒 all 1.57 0.00 0.24 0.15 0.12 0.01 97.92 308.12
[root@localhost ~]# mpstat
Linux 2.6.13 (localhost.localdomain) 2005年12月15日
13时48分54秒 CPU %user %nice %system %iowait %irq %soft %idle intr/s
13时48分54秒 all 1.57 0.00 0.24 0.15 0.12 0.01 97.92 308.12
[root@localhost ~]#
然后再运行命令：mpstat 3 100 /*每隔3秒给出一次信息，共给出100次*/
[root@localhost ~]# mpstat 3 100
Linux 2.6.13 (localhost.localdomain) 2005年12月15日
13时48分25秒 CPU %user %nice %system %iowait %irq %soft %idle intr/s
13时48分28秒 all 96.00 0.00 4.00 0.00 0.00 0.00 0.00 401.67
13时48分31秒 all 96.01 0.00 3.65 0.00 0.33 0.00 0.00 393.36
13时48分34秒 all 95.36 0.00 4.30 0.00 0.33 0.00 0.00 532.45
13时48分37秒 all 94.00 0.00 5.67 0.00 0.33 0.00 0.00 400.33
13时48分40秒 all 95.00 0.00 5.00 0.00 0.00 0.00 0.00 330.33
13时48分43秒 all 95.33 0.00 4.33 0.00 0.33 0.00 0.00 337.33
13时48分46秒 all 94.68 0.00 4.98 0.00 0.33 0.00 0.00 329.57
13时48分49秒 all 95.67 0.00 4.00 0.00 0.33 0.00 0.00 417.33
13时48分52秒 all 95.67 0.00 3.67 0.00 0.67 0.00 0.00 448.00
13时48分55秒 all 94.02 0.00 5.32 0.00 0.33 0.33 0.00 410.96
13时48分58秒 all 95.35 0.00 4.32 0.00 0.33 0.00 0.00 466.45
[root@localhost ~]#

上两表显示出当要正确反映系统的情况，需要正确使用命令的参数。vmstat 和iostat 也需要注意这一问题。

5. vmstat

vmstat是Virtual Meomory Statistics（虚拟内存统计）的缩写, 是实时系统监控工具。该命令通过使用knlist子程序和/dev/kmen伪设备驱动器访问这些数据，输出信息直接打印在屏幕。vmstat反馈的与CPU相关的信息包括：

（1）多少任务在运行

（2）CPU使用的情况

（3）CPU收到多少中断

（4）发生多少上下文切换

下面只介绍 Vmstat与CPU相关的参数

vmstat的语法如下：

　　vmstat [delay [count]]

参数的含义如下：

参数 解释

delay 相邻的两次采样的间隔时间

count 采样的次数，count只能和delay一起使用

当没有参数时，vmstat则显示系统启动以后所有信息的平均值。有delay时，第一行的信息自系统启动以来的平均信息。从第二行开始，输出为前一个delay时间段的平均信息。当系统有多个CPU时，输出为所有CPU的平均值。

与CPU有关的输出的含义 (采用进一法)

参数 解释 从/proc/stat获得数据

任务的信息

r 在internal时间段里，运行队列里等待CPU的任务（任务）的个数，即不包含vmstat进程 procs_running-1

b 在internal时间段里，被资源阻塞的任务数（I/0，页面调度，等等.） ，通常情况下是接近0的 procs_blocked

CPU信息 所有值取整（四舍五入）

us 在internal时间段里，用户态的CPU时间(%)，包含 nice值为负进程 (user+nice)/total*100

sy 在internal时间段里，核心态的CPU时间(%) (system+irq+softirq)/total*100

id 在internal时间段里，cpu空闲的时间，不包括等待i/o的时间(%) idle/total*100

wa 在internal时间段里，等待i/o的时间(%) iowait/total*100

系统信息

in 在internal时间段里，每秒发生中断的次数 intr/interval

cs 在internal时间段里，每秒上下文切换的次数，即每秒内核任务交换的次数 ctxt/interval

CODE:

total_cur=user+system+nice+idle+iowait+irq+softirq
total_pre=pre_user+ pre_system+ pre_nice+ pre_idle+ pre_iowait+ pre_irq+ pre_softirq
total=total_cur-total_pre

范例1：average mode (粗略信息)

当vmstat不带参数时，对应的输出值是从系统启动以来的平均值，而r和b则对应的是完成这一命令时，系统的值。从下面例子，可以看出系统基本出去闲置状态（idle）。自启动以来，CPU在用户态消耗时间为5%，在核心态消耗为本1%，剩下的为闲置时间。需要指出的是：这里的用户态时间包括nice值为负的进程的时间。

CODE:

[root@localhost ~]# vmstat
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- ----cpu----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
1 0 0 4580 428 98516 0 0 49 6 15 19 2 1 96 1
[root@localhost ~]#

范例2：average mode (详细信息)

命令格式：

vmstat –s

这里只讨论与CPU相关信息。“CPU ticks”表示自系统启动CPU运行时间，这里以tick为时间单位。用tick来西安市us,sy id 和wa的时间；forks指自从系统启动以来，所创建的新任务的个数。这些信息从/proc/stat 的第一行和”processes”行获得。

CODE:

[root@localhost ~]# vmstat -s
255280 total memory
244216 used memory
206624 active memory
21208 inactive memory
11064 free memory
628 buffer memory
91396 swap cache
255992 total swap
24 used swap
255968 free swap
973400 non-nice user cpu ticks
477 nice user cpu ticks
206168 system cpu ticks
43567714 idle cpu ticks
373234 IO-wait cpu ticks
62732 IRQ cpu ticks
1972 softirq cpu ticks
22366502 pages paged in
88756936 pages paged out
0 pages swapped in
0 pages swapped out
135634319 interrupts
137288441 CPU context switches
1134440368 boot time
208990 forks
[root@localhost ~]#

结果解释

参数 描述 /proc/stat

non-nice user cpu ticks 自系统启动以来，CPU在用户态下运行非nice进程的时间，单位为jiffies user

nice user cpu ticks 自系统启动以来，CPU在用户态下运行nice进程的时间，单位为jiffies nice

system cpu ticks 自系统启动以来，CPU处于系统状态的时间，单位为jiffies sys

idle cpu ticks 自系统启动以来，CPU处于闲置状态的时间，单位为jiffies idle

IO-wait cpu ticks 自系统启动以来，CPU处理IO中断的时间，单位为jiffies iowait

IRQ cpu ticks 自系统启动以来，CPU处理硬中断的时间，单位为jiffies irq

softing cpu ticks 自系统启动以来，CPU处理软中断的时间，单位为jiffies Softirq

interrupts 自系统启动以来，发生的所有的中断的次数目 Intr

CPU context switches 自系统启动以来，发生的上下文交换的次数 Ctxt

boot time 自系统启动以来到现在运行的时间，单位为秒。 btime

forks 自系统启动以来所创建的任务的个数目。 Process

范例3：定期采样(delay [count])

定期采样数据是指每隔delay时间，采样一次。当count 为0时，vmstat 将不停地定期报告信息；否则当报告count次后，vmstat 命令停止运行。

第一行的信息如同范例1，是自系统启动以来的平均信息。从第二行开始，每行的意思是：r和b采样那一时刻系统运行队列和等待队列的情况；而usystem参数（in,cs）以及CPU参数（us,sy,id,wa）对应的输出值是系统在前一个delay的情况。

从下面例子可以看出上下文交换的次数小于中断的发生次数。当系统大部分时间是空闲并且中断大部分是时间中断时，这种现象极可能发生。当时间中断发生时, 因为调度器没有什么任务可调度，所以很少发生上下文切换。

CODE:

[root@localhost ~]# vmstat 2 4
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- ----cpu----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
1 0 24 11032 652 91396 0 0 49 6 15 19 2 1 96 1
0 0 24 11032 652 91396 0 0 0 0 377 464 1 0 99 0
0 0 24 11024 652 91396 0 0 0 0 387 476 1 0 100 0
0 0 24 11024 652 91396 0 0 0 0 323 377 0 0 100 0
[root@localhost ~]#