性能监控之 Linux 命令 top、vmstat、iostat、free、iftop 基础

一、前言

“子曰：“温故而知新，可以为师矣。”
-----《论语》

二、top

执行命令：

top [-] [d] [p] [q] [c] [C] [S] [s]  [n]

参数说明：

• d：指定每两次屏幕信息刷新之间的时间间隔。当然用户可以使用 s 交互命令来改变之。
• p：通过指定监控进程 ID 来仅仅监控某个进程的状态。
• q：该选项将使 top 没有任何延迟的进行刷新。如果调用程序有超级用户权限，那么top将以尽可能高的优先级运行。
• S：指定累计模式。
• s：使 top 命令在安全模式中运行。这将去除交互命令所带来的潜在危险。
• i：使 top 不显示任何闲置或者僵死进程。
• c：显示整个命令行而不只是显示命令名。

命令说明：

1. 系统运行时间和平均负载：

top - 20:20:16 up 16:18,  4 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.04

top 命令的顶部显示与 uptime 命令相似的输出

这些字段显示：

• 当前时间
• 系统已运行的时间
• 当前登录用户的数量
• 相应最近 1、5 和 15 分钟内的平均负载。

可以使用 'l' 命令切换 uptime 的显示

1. 任务

Tasks: 112 total,   1 running, 104 sleeping,   7 stopped,   0 zombie

Tasks — 任务（进程），系统现在共有 122 个进程，其中处于运行中的有 1 个，103 个在休眠（sleep），stoped 状态的有7个，zombie 状态（僵尸）的有 0 个，这些进程概括信息可以用 't' 切换显示。

1. CPU 状态

%Cpu(s):  0.0 us,  0.3 sy,  0.0 ni, 99.7 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st

这里显示不同模式下所占 cpu 时间百分比，这些不同的 cpu 时间表示：

• us, user：运行(未调整优先级的) 用户进程的CPU时间
• sy，system: 运行内核进程的CPU时间
• ni，niced：运行已调整优先级的用户进程的CPU时间
• wa，IO wait: 用于等待IO完成的CPU时间
• hi：处理硬件中断的 CPU 时间
• si: 处理软件中断的 CPU 时间
• st：这个虚拟机被 hypervisor 偷去的 CPU 时间（译注：如果当前处于一个 hypervisor 下的 vm，实际上hypervisor 也是要消耗一部分 CPU 处理时间的）。

可以使用 't' 命令切换显示。

• 0.0% us — 用户空间占用 CPU 的百分比
• 0.3% sy — 内核空间占用 CPU 的百分比
• 0.0% ni — 改变过优先级的进程占用 CPU 的百分比
• 99.7% id — 空闲 CPU 百分比
• 0.0% wa — IO 等待占用 CPU 的百分比
• 0.0% hi — 硬中断（Hardware IRQ）占用 CPU 的百分比
• 0.0% si — 软中断（Software Interrupts）占用 CPU 的百分比

1. 内存使用

   KiB Mem :   995896 total,   432992 free,   168912 used,   393992 buff/cache
   KiB Swap:  2097148 total,  2084084 free,    13064 used.   621592 avail Mem
   

   接下来两行显示内存使用率，有点像 'free' 命令。

• 第一行是物理内存使用
  • 物理内存显示如下:全部可用内存、已使用内存、空闲内存、缓冲内存。
• 第二行是虚拟内存使用（交换空间）
  • 交换部分显示的是：全部、已使用、空闲和缓冲交换空间。

内存显示可以用'm'命令切换。

• 995896 total — 物理内存总量
• 168912k used — 使用中的内存总量
• 432992 k free — 空闲内存总量
• 393992k buffers — 缓存的内存量

swap 交换分区：

• 2097148k total — 交换区总量
• 13064k used — 使用的交换区总量
• 2084084k free — 空闲交换区总量
• 621592k cached — 缓冲的交换区总量

第四行中使用中的内存总量（used）指的是现在系统内核控制的内存数
空闲内存总量（free）是内核还未纳入其管控范围的数量。纳入内核管理的内存不见得都在使用中，还包括过去使用过的现在可以被重复利用的内存，内核并不把这些可被重新使用的内存交还到free中去，因此在linux上free内存会越来越少，但不用为此担心。

如果出于习惯去计算可用内存数，这里有个近似的计算公式：
$$第四行的free + 第四行的buffers + 第五行的cached=服务器的可用内存$$

对于内存监控，在 top 里我们要时刻监控第五行 swap 交换分区的used，如果这个数值在不断的变化，说明内核在不断进行内存和 swap 的数据交换，这是真正的内存不够用了。

1. 各进程（任务）的状态监控

参数说明：

• PID：进程ID，进程的唯一标识符说明.
• USER：进程所有者的实际用户名。
• PR：进程的调度优先级。这个字段的一些值是 'rt'。这意味这这些进程运行在实时态。
• NI：进程的 nice 值（优先级）。越小的值意味着越高的优先级。负值表示高优先级，正值表示低优先级
• VIRT：进程使用的虚拟内存。进程使用的虚拟内存总量，单位kb。VIRT=SWAP+RES
• RES：驻留内存大小。驻留内存是任务使用的非交换物理内存大小。进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位kb。RES=CODE+DATA
• SHR：SHR 是进程使用的共享内存。共享内存大小，单位 kb
• S：这个是进程的状态。它有以下不同的值:
  • D - 不可中断的睡眠态。
  • R – 运行态
  • S – 睡眠态
  • T – 被跟踪或已停止
  • Z – 僵尸态
• %CPU：自从上一次更新时到现在任务所使用的 CPU 时间百分比。
• %MEM：进程使用的可用物理内存百分比。
• TIME+：任务启动后到现在所使用的全部 CPU 时间，精确到百分之一秒。
• COMMAND：运行进程所使用的命令。进程名称（命令名/命令行）

1. 交互命令 - ‘h’帮助命令

在 top 基本视图中，按键盘数字“1”，可监控每个逻辑 CPU 的状况：(本虚拟机就是一个 cpu)

监控 Java 线程数：

ps -eLf | grep java | wc -l

监控网络客户连接数：

netstat -n | grep tcp | grep 侦听端口 | wc -l

三、vmstat

• 2 表示每个两秒采集一次服务器状态
• 1表示只采集一次。

结构说明：

• r ：表示运行队列(就是说多少个进程真的分配到 CPU)，我测试的服务器目前 CPU 比较空闲，没什么程序在跑，当这个值超过了 CPU 数目，就会出现 CPU 瓶颈了。这个也和 top 的负载有关系，一般负载超过了 3 就比较高，超过了 5 就高，超过了 10 就不正常了，服务器的状态很危险。top 的负载类似每秒的运行队列。如果运行队列过大，表示你的 CPU 很繁忙，一般会造成 CPU 使用率很高。
• b：表示阻塞的进程,这个不多说，进程阻塞，大家懂的。
• swap：虚拟内存已使用的大小，如果大于0，表示你的机器物理内存不足了，如果不是程序内存泄露的原因，那么你该升级内存了或者把耗内存的任务迁移到其他机器。
• free：空闲的物理内存的大小，我的机器内存总共 8G，剩余 3415M。
• buff：Linux/Unix 系统是用来存储，目录里面有什么内容，权限等的缓存，我本机大概占用300多M
• cache：cache 直接用来记忆我们打开的文件,给文件做缓冲，我本机大概占用300多M(这里是Linux/Unix的聪明之处，把空闲的物理内存的一部分拿来做文件和目录的缓存，是为了提高 程序执行的性能，当程序使用内存时，buffer/cached会很快地被使用。)
• si：每秒从磁盘读入虚拟内存的大小，如果这个值大于 0，表示物理内存不够用或者内存泄露了，要查找耗内存进程解决掉。我的机器内存充裕，一切正常。
• so：每秒虚拟内存写入磁盘的大小，如果这个值大于 0，同上。
• bi：块设备每秒接收的块数量，这里的块设备是指系统上所有的磁盘和其他块设备，默认块大小是 1024 byte，我本机上没什么 IO 操作，所以一直是 0，但是我曾在处理拷贝大量数据(2-3T)的机器上看过可以达到140000/s，磁盘写入速度差不多140M每秒
• bo：块设备每秒发送的块数量，例如我们读取文件，bo 就要大于0。bi和bo一般都要接近0，不然就是IO过于频繁，需要调整。
• in：每秒 CPU 的中断次数，包括时间中断
• cs：每秒上下文切换次数，例如我们调用系统函数，就要进行上下文切换，线程的切换，也要进程上下文切换，这个值要越小越好，太大了，要考虑调低线程或者进程的数目,例如在 apache 和 nginx 这种 web 服务器中，我们一般做性能测试时会进行几千并发甚至几万并发的测试，选择 web 服务器的进程可以由进程或者线程的峰值一直下调，压测，直到 cs 到一个比较小的值，这个进程和线程数就是比较合适的值了。系统调用也是，每次调用系统函数，我们的代码就会进入内核空间，导致上下文切换，这个是很耗资源，也要尽量避免频繁调用系统函数。上下文切换次数过多表示你的 CPU 大部分浪费在上下文切换，导致 CPU 干正经事的时间少了，CPU没有充分利用，是不可取的。
• us：用户 CPU 时间，我曾经在一个做加密解密很频繁的服务器上，可以看到us接近100,r运行队列达到80(机器在做压力测试，性能表现不佳)。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：系统 CPU 时间，如果太高，表示系统调用时间长，例如是 IO 操作频繁。
• id：空闲 CPU时间，一般来说，id + us + sy = 100,一般我认为 id 是空闲 CPU 使用率，us 是用户 CPU 使用率，sy是系统 CPU 使用率。
• wt：等待 IO CPU 时间。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）。

四、iostat

安装方法：

yum install sysstat

iostat [参数] [时间] [次数]

参数说明：

• -c：显示 CPU 使用情况
• -d：显示磁盘使用情况
• -k：以 K 为单位显示
• -m：以 M 为单位显示
• -N：显示磁盘阵列(LVM) 信息
• -n：显示 NFS 使用情况
• -p：可以报告出每块磁盘的每个分区的使用情况
• -t：显示终端和 CPU 的信息
• -x：显示详细信息

• rrqm/s：每秒这个设备相关的读取请求有多少被 Merge了（当系统调用需要读取数据的时候，VFS 将请求发到各个 FS，如果 FS 发现不同的读取请求读取的是相同 Block 的数据，FS会将这个请求合并Merge）
• wrqm/s：每秒这个设备相关的写入请求有多少被 Merge 了
• rsec/s：每秒读取的扇区数
• wsec/：每秒写入的扇区数
• rKB/s：The number of read requests that were issued to the device per second
• wKB/s：The number of write requests that were issued to the device per second
• avgrq-sz 平均请求扇区的大小
• avgqu-sz 是平均请求队列的长度。毫无疑问，队列长度越短越好。
• await： 每一个IO请求的处理的平均时间（单位是微秒毫秒）。这里可以理解为 IO 的响应时间，一般地系统 IO 响应时间应该低于 5 ms，如果大于 10 ms 就比较大了。这个时间包括了队列时间和服务时间，也就是说，一般情况下，await 大于 svctm，它们的差值越小，则说明队列时间越短，反之差值越大，队列时间越长，说明系统出了问题。
• svctm：表示平均每次设备 I/O 操作的服务时间（以毫秒为单位）。如果 svctm 的值与 await 很接近，表示几乎没有 I/O 等待，磁盘性能很好，如果 await 的值远高于 svctm 的值，则表示 I/O 队列等待太长，系统上运行的应用程序将变慢。
• %util：在统计时间内所有处理IO时间，除以总共统计时间。例如，如果统计间隔 1 秒，该设备有 0.8 秒在处理IO，而 0.2 秒闲置，那么该设备的 %util = 0.8/1 = 80%，所以该参数暗示了设备的繁忙程度
• 一般地，如果该参数是 100% 表示设备已经接近满负荷运行了（当然如果是多磁盘，即使 %util 是 100%，因为磁盘的并发能力，所以磁盘使用未必就到了瓶颈）。

常见用法：

iostat -d -k 1 10    #查看 TPS 和吞吐量信息(磁盘读写速度单位为 KB)
iostat -d -m 2       #查看 TPS 和吞吐量信息(磁盘读写速度单位为 MB)
iostat -d -x -k 1 10 #查看设备使用率（%util）、响应时间（await） 
iostat -c 1 10       #查看 cpu 状态
iostat -c 1 10       #查看 cpu 状态

注意点：

• 网卡的大吞吐量可能导致更多的 cup
• 大量的 cup 开销又会增加更多内存使用请求
• 大量内存与磁盘的请求可能导致更多的 cpu 以及 IO 问题

五、free

• Mem：行(第二行)是内存的使用情况
• Swap：行(第三行)是交换空间的使用情况。
• total：列显示系统总的可用物理内存和交换空间大小。
• used：列显示已经被使用的物理内存和交换空间。
• free：列显示还有多少物理内存和交换空间可用使用。
• shared：列显示被共享使用的物理内存大小。
• buff/cache：列显示被 buffer 和 cache 使用的物理内存大小。
• available：列显示还可以被应用程序使用的物理内存大小。

六、iftop

界面相关说明:

• 界面上面显示的是类似刻度尺的刻度范围，为显示流量图形的长条作标尺用的。

• 中间的 <= => 这两个左右箭头，表示的是流量的方向。

• TX：发送流量
• RX：接收流量
• TOTAL：总流量
• Cumm：运行 iftop 到目前时间的总流量
• peak：流量峰值
• rates：分别表示过去 2s 10s 40s 的平均流量

常用的参数：

• -i 设定监测的网卡，如：# iftop -i eth1

• -B 以bytes为单位显示流量(默认是bits)，如：# iftop -B

• -n 使host信息默认直接都显示IP，如：# iftop -n

• -N 使端口信息默认直接都显示端口号，如: # iftop -N

• -F 显示特定网段的进出流量，如# iftop -F 100.100.30.25 或# iftop -F 100.100.30.25 /255.255.255.0

• -h（display this message），帮助，显示参数信息

• -p 使用这个参数后，中间的列表显示的本地主机信息，出现了本机以外的IP信息;

• -b 使流量图形条默认就显示;

• -f 这个暂时还不太会用，过滤计算包用的;

• -P 使 host 信息及端口信息默认就都显示;

• -m 设置界面最上边的刻度的最大值，刻度分五个大段显示，例：# iftop -m 100M
  iftop(注意大小写)

常用操作：

• 按 h 切换是否显示帮助;

• 按 n 切换显示本机的 IP 或主机名;

• 按 s 切换是否显示本机的 host 信息;

• 按 d 切换是否显示远端目标主机的 host 信息;

• 按 t 切换显示格式为 2 行/ 1 行/只显示发送流量/只显示接收流量;

• 按 N 切换显示端口号或端口服务名称;

• 按 S 切换是否显示本机的端口信息;

• 按 D 切换是否显示远端目标主机的端口信息;

• 按 p 切换是否显示端口信息;

• 按 P 切换暂停/继续显示;

• 按 b 切换是否显示平均流量图形条;

• 按 B 切换计算 2 秒或 10 秒或 40 秒内的平均流量;

• 按 T 切换是否显示每个连接的总流量;

• 按 l 打开屏幕过滤功能，输入要过滤的字符，比如 ip,按回车后，屏幕就只显示这个 IP 相关的流量信息;

• 按 L 切换显示画面上边的刻度;刻度不同，流量图形条会有变化;

• 按 j 或按 k 可以向上或向下滚动屏幕显示的连接记录;

• 按 1 或 2 或 3 可以根据右侧显示的三列流量数据进行排序;

• 按 < 根据左边的本机名或IP排序;

• 按 > 根据远端目标主机的主机名或IP排序;

• 按 o 切换是否固定只显示当前的连接;

• 按 f 可以编辑过滤代码，这是翻译过来的说法，我还没用过这个！

• 按 ! 可以使用 shell 命令，这个没用过 ！没搞明白啥命令在这好用呢！

• 按 q 退出监控。