Linux系统监控命令详解

1. top命令

top命令经常用来监控Linux的系统状况,比如cpu、内存的使用,程序员基本都知道这个命令,但比较奇怪的是能用好它的人却很少,例如top监控视图中内存数值的含义就有不少的曲解。

输入top命令

1.1 系统运行时间和平均负载:



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5、10和15分钟内的平均负载。

可以使用'l'命令切换uptime的显示。

21:45:11 — 当前系统时间
0 days, 4:54 — 系统已经运行了4小时54分钟(在这期间没有重启过)
2 users — 当前有2个用户登录系统
load average:0.24, 0.15, 0.19 — load average后面的三个数分别是5分钟、10分钟、15分钟的负载情况。

load average数据是每隔5秒钟检查一次活跃的进程数,然后按特定算法计算出的数值。如果这个数除以逻辑CPU的数量,结果高于5的时候就表明系统在超负荷运转了。

1.2 任务:

Tasks — 任务(进程),系统现在共有144个进程,其中处于运行中的有1个,143个在休眠(sleep),stoped状态的有0个,zombie状态(僵尸)的有0个。
第二行显示的是任务或者进程的总结。进程可以处于不同的状态。这里显示了全部进程的数量。除此之外,还有正在运行、睡眠、停止、僵尸进程的数量(僵尸是一种进程的状态)。这些进程概括信息可以用't'切换显示

1.3 CPU 状态:

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。

1.3% us — 用户空间占用CPU的百分比。
1.0% 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
97.3% id — 空闲CPU百分比
0.0% wa — IO等待占用CPU的百分比
0.3% 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

在这里CPU的使用比率和windows概念不同,如果你不理解用户空间和内核空间,需要充充电了。

1.4 内存使用:

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,第二行是虚拟内存使用(交换空间)。

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。相似地: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。

509248k total — 物理内存总量(509M)
495964k used — 使用中的内存总量(495M)
13284k free — 空闲内存总量(13M)
25364k buffers — 缓存的内存量 (25M)

swap交换分区
492536k total — 交换区总量(492M)
11856k used — 使用的交换区总量(11M)
480680k free — 空闲交换区总量(480M)
202224k cached — 缓冲的交换区总量(202M)

这里要说明的是不能用windows的内存概念理解这些数据,如果按windows的方式此台服务器“危矣”:8G的内存总量只剩下530M的可用内存。Linux的内存管理有其特殊性,复杂点需要一本书来说明,这里只是简单说点和我们传统概念(windows)的不同。

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,按这个公式此台服务器的可用内存:

13284+25364+202224 = 240M。

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。

第六行是空行

1.5 各进程(任务)的状态监控:

PID:进程ID,进程的唯一标识符

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)

还有许多在默认情况下不会显示的输出,它们可以显示进程的页错误、有效组和组ID和其他更多的信息。

 

2. vmstat命令

vmstat命令是最常见的Linux/Unix监控工具,可以展现给定时间间隔的服务器的状态值,包括服务器的CPU使用率,内存使用,虚拟内存交换情况,IO读写情况。这个命令是我查看Linux/Unix最喜爱的命令,一个是Linux/Unix都支持,二是相比top,我可以看到整个机器的CPU,内存,IO的使用情况,而不是单单看到各个进程的CPU使用率和内存使用率(使用场景不一样)。

一般vmstat工具的使用是通过两个数字参数来完成的,第一个参数是采样的时间间隔数,单位是秒,第二个参数是采样的次数,如:

root@ubuntu:~# 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
1 0 0 3498472 315836 3819540 0 0 0 1 2 0 0 0 100 0

2表示每个两秒采集一次服务器状态,1表示只采集一次。

实际上,在应用过程中,我们会在一段时间内一直监控,不想监控直接结束vmstat就行了,例如:

root@ubuntu:~# vmstat 2  
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 3499840 315836 3819660 0 0 0 1 2 0 0 0 100 0
0 0 0 3499584 315836 3819660 0 0 0 0 88 158 0 0 100 0
0 0 0 3499708 315836 3819660 0 0 0 2 86 162 0 0 100 0
0 0 0 3499708 315836 3819660 0 0 0 10 81 151 0 0 100 0
1 0 0 3499732 315836 3819660 0 0 0 2 83 154 0 0 100 0

这表示vmstat每2秒采集数据,一直采集,直到我结束程序,这里采集了5次数据我就结束了程序。

好了,命令介绍完毕,现在开始实战讲解每个参数的意思。

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。

swpd 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1024byte,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)。

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。

 

 3.mpstat命令

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。mpstat最大的特点是:可以查看多核心cpu中每个计算核心的统计数据;而类似工具vmstat只能查看系统整体cpu情况。

语法

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

实例

查看多核CPU核心的当前运行状况信息, 每2秒更新一次

mpstat  219:45:12 CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %idle
19:45:14 all 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 99.96
19:45:16 all 0.00 0.00 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 99.97
19:45:18 all 0.00 0.07 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 99.87

如果要看每个cpu核心的详细当前运行状况信息,输出如下:

mpstat  -P ALL 2

19:43:58     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest   %idle
19:43:59     all    0.00    0.00    0.04    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   99.96
19:43:59       0    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
19:43:59       1    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
.......
19:43:59      13    0.99    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   99.01
19:43:59      14    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
19:43:59      15    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00

字段的含义如下

%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
%sys       在internal时间段里,内核时间(%)       (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,硬中断时间(%)     (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

计算公式如下

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。   

 

 

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