linux CPU性能及工作状态查看指令

本博客主要讲解了日常运维过程中，查看系统状态的一些指令mpstat，vmstat，iostat，sar，top

0、准备知识

1> 衡量CPU性能的指标：

<1> 用户使用CPU

• CPU运行实时进程
• CPU运行niced process
• CPU运行常规用户进程

<2> 系统使用CPU

• 用于I/O管理：中断和驱动
• 用于内存管理：页面交换
• 用于进程管理：进程开始和上下文切换

<3> WIO：用于进程等待磁盘I/O而使CPU处于空闲状态的比率。
<4> CPU的空闲率，除了上面的WIO以外的空闲时间
<5> CPU用于上下文交换的比率
<6> nice
<7> real-time
<8> 运行进程队列的长度
<9> 平均负载

2> Linux常用监控CPU整体性能的工具

<1> 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。
<2> vmstat：只能查看所有CPU的平均信息；查看cpu队列信息；
<3> iostat: 只能查看所有CPU的平均信息。
<4> 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。
<5> 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。

1、mpstat指令

mpstat命令：主要用于多CPU 环境下，它显示各个可用CPU的状态。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。

• 命令格式:
  mpstat [ 选项 ] [ <时间间隔> [ <次数> ] ]
• 选项说明：
  [ -A ] 展示所有cpu的状态
  [ -I { SUM | CPU | ALL } ] 分三种情况展示 cpu的状态
  [ -u ]
  [ -P { [,…] | ON | ALL } ] 指定某个cpu，进行展示
  [ -V ] 版本信息

• 参数说明：

• 实例分析：
  [root@kvm ~]# mpstat -u
  Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 2016年08月02日 x86_64 (2 CPU)

  13时28分09秒 CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %idle
  13时28分09秒 all 0.03 0.00 0.02 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 99.92
  [root@kvm ~]# mpstat -P 0
  Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 2016年08月02日 x86_64 (2 CPU)

  13时28分47秒 CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %idle
  13时28分47秒 0 0.03 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 99.95
  [root@kvm ~]#
  [root@kvm ~]# mpstat -P 1
  Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 2016年08月02日 x86_64 (2 CPU)

  13时28分50秒 CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %idle
  13时28分50秒 1 0.03 0.00 0.02 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 99.90

  [root@kvm ~]# mpstat -A
  Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 2016年08月02日 x86_64 (2 CPU)

  13时29分11秒 CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %idle
  13时29分11秒 all 0.03 0.00 0.02 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 99.92
  13时29分11秒 0 0.03 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 99.95
  13时29分11秒 1 0.03 0.00 0.02 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 99.90

  13时29分11秒 CPU intr/s
  13时29分11秒 all 15.60
  13时29分11秒 0 1.06
  13时29分11秒 1 0.18

• 字段说明：

2、vmstat指令

• 命令格式:
  vmstat [-V] [-n] （选项） [delay [count]]（参数）

• 选项说明：

-a：显示活动内页； 
-f：显示启动后创建的进程总数； 
-m：显示slab信息； 
-n：头信息仅显示一次； 
-s：以表格方式显示事件计数器和内存状态； 
-d：报告磁盘状态； 
-p：显示指定的硬盘分区状态； 
-S：输出信息的单位。

• 参数说明：

  **事件间隔delay**：状态信息刷新的时间间隔；
  **次数count**：显示报告的次数。
  

• 实例分析：
  [root@kvm ~]# vmstat -n 3 3 (三秒一次，共三次)
  props ———–memory———- —swap– —–io—- –system– —–cpu—-
  r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
  0 0 0 1100728 188996 495396 0 0 0 1 8 7 0 0 100 0 0
  0 0 0 1100720 188996 495396 0 0 0 0 16 14 0 0 100 0 0
  0 0 0 1100720 188996 495396 0 0 0 0 12 11 0 0 100 0 0

  [root@kvm ~]# vmstat -S M 3 2 (以M为单位显示，默认为k)
  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 1074 184 483 0 0 0 1 8 7 0 0 100 0 0
  0 0 0 1074 184 483 0 0 0 0 17 13 0 0 100 0 0

  [root@kvm ~]# vmstat -f
  94103 forks

• 字段说明：

  Procs（进程）
  r: 运行队列中进程数量，这个值也可以判断是否需要增加CPU。（长期大于1）
  b: 等待IO的进程数量。

  Memory（内存）
  swpd: 使用虚拟内存大小，如果swpd的值不为0，但是SI，SO的值长期为0，这种情况不会影响系统性能。
  free: 空闲物理内存大小。
  buff: 用作缓冲的内存大小。
  cache: 用作缓存的内存大小，如果cache的值大的时候，说明cache处的文件数多，如果频繁访问到的文件都能被cache处，那么磁盘的读IO bi会非常小。

  Swap
  si: 每秒从交换区写到内存的大小，由磁盘调入内存。
  so: 每秒写入交换区的内存大小，由内存调入磁盘。

  注意：内存够用的时候，这2个值都是0，如果这2个值长期大于0时，系统性能会受到影响，磁盘IO和CPU资源都会被消耗。有些朋友看到空闲内存（free）很少的或接近于0时，就认为内存不够用了，不能光看这一点，还要结合si和so，如果free很少，但是si和so也很少（大多时候是0），那么不用担心，系统性能这时不会受到影响的。

  IO（现在的Linux版本块的大小为1kb）
  bi: 每秒读取的块数
  bo: 每秒写入的块数
  注意：随机磁盘读写的时候，这2个值越大（如超出1024k)，能看到CPU在IO等待的值也会越大。

  system（系统）
  in: 每秒中断数，包括时钟中断。
  cs: 每秒上下文切换数。

  注意：上面2个值越大，会看到由内核消耗的CPU时间会越大。

  CPU（以百分比表示）
  us: 用户进程执行时间百分比(user time) 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: 内核系统进程执行时间百分比(system time) sy的值高时，说明系统内核消耗的CPU资源多，这并不是良性表现，我们应该检查原因。
  wa: IO等待时间百分比 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）。
  id: 空闲时间百分比

3、iostat指令

iostat命令被用于监视系统输入输出设备和CPU的使用情况。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。

• 命令格式:
  iostat [ 选项 ] [ <时间间隔> [ <次数> ] ]

• 选项说明：
  -c：仅显示CPU使用情况；
  -d：仅显示设备利用率；
  -k：显示状态以千字节每秒为单位，而不使用块每秒；
  -m：显示状态以兆字节每秒为单位；
  -p：仅显示块设备和所有被使用的其他分区的状态；
  -t：显示每个报告产生时的时间；
  -x：显示扩展状态。

• 参数说明：
  间隔时间：每次报告的间隔时间（秒）；
  次数：显示报告的次数。

• 实例分析：
  命令：iostat -c 1 1
  Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 2016/08/02 x86_64 (2 CPU)
  avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
  0.03 0.00 0.02 0.03 0.00 99.92

命令：iostat -x /dev/sda1
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 08/02/2016 x86_64 (4 CPU)
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
0.90 0.00 0.87 0.02 0.00 98.21

Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rsec/s wsec/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util
sda10.33 4.67 0.15 1.39 5.65 48.44 35.23 0.00 1.70 0.38 0.06

命令：iostat -d -m 2 2
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 08/02/2016 x86_64 (4 CPU)
Device: tps MB_read/s MB_wrtn/s MB_read MB_wrtn
sda 28.75 0.04 2.17 1738866 96878990

Device: tps MB_read/s MB_wrtn/s MB_read MB_wrtn
sda 3.00 0.00 0.03 0 0
- 字段说明：

4、sar指令

sar命令是Linux下系统运行状态统计工具，它将指定的操作系统状态计数器显示到标准输出设备。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，使用它时消耗的系统资源很小。

• 命令格式:
  sar [ 选项 ] [ <时间间隔> [ <次数> ] ]

• 选项说明：
  [ -A ] [ -b ] [ -B ] [ -C ] [ -d ] [ -h ] [ -m ] [ -p ] [ -q ] [ -r ] [ -R ]
  [ -S ] [ -t ] [ -u [ ALL ] ] [ -v ] [ -V ] [ -w ] [ -W ] [ -y ]
  [ -I { [,…] | SUM | ALL | XALL } ] [ -P { [,…] | ALL } ]
  [ -j { ID | LABEL | PATH | UUID | … } ] [ -n { [,…] | ALL } ]
  [ -o [ ] | -f [ ] ] [ –legacy ]
  [ -i ] [ -s [ ] ] [ -e [ ] ]

  -A：显示所有的报告信息；
  -b：显示I/O速率；
  -B：显示换页状态；
  -c：显示进程创建活动；
  -d：显示每个块设备的状态；
  -e：设置显示报告的结束时间；
  -f：从指定文件提取报告；
  -i：设状态信息刷新的间隔时间；
  -P：报告每个CPU的状态；
  -R：显示内存状态；
  -u：显示CPU利用率；
  -v：显示索引节点，文件和其他内核表的状态；
  -w：显示交换分区状态；
  -x：显示给定进程的状态。

主选项和报告：
-b I/O 和传输速率信息状况
-B 分页状况
-d 块设备状况
-I { <中断> | SUM | ALL | XALL }
中断信息状况
-m 电源管理信息状况
-n { <关键词> [,…] | ALL }
网络统计信息
关键词可以是：
DEV 网卡
EDEV 网卡 (错误)
NFS NFS 客户端
NFSD NFS 服务器
SOCK Sockets (套接字) (v4)
IP IP 流 (v4)
EIP IP 流 (v4) (错误)
ICMP ICMP 流 (v4)
EICMP ICMP 流 (v4) (错误)
TCP TCP 流 (v4)
ETCP TCP 流 (v4) (错误)
UDP UDP 流 (v4)
SOCK6 Sockets (套接字) (v6)
IP6 IP 流 (v6)
EIP6 IP 流 (v6) (错误)
ICMP6 ICMP 流 (v6)
EICMP6 ICMP 流 (v6) (错误)
UDP6 UDP 流 (v6)
-q 队列长度和平均负载
-r 内存利用率
-R 内存状况
-S 交换空间利用率
-u [ ALL ]
CPU 利用率
-v Kernel table 状况
-w 任务创建与系统转换统计信息
-W 交换信息
-y TTY 设备状况

• 参数说明：
  间隔时间：每次报告的间隔时间（秒）；
  次数：显示报告的次数。

• 实例分析：

  命令：sar -o temp 60 10 //观察系统部件10分钟，并对数据进行排序：

  察看内存和交换空间的使用率：

  命令：sar -r
  09时20分01秒 kbmemfree kbmemused %memused kbbuffers kbcached kbcommit %commit
  09时30分01秒 1098232 919236 45.56 191632 495492 356908 17.69
  09时40分01秒 1097992 919476 45.58 191744 495484 356908 17.69

  命令：sar -u
  Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 2016/08/02日 x86_64 (2 CPU)
  00时00分01秒 CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle
  00时10分01秒 all 0.03 0.00 0.02 0.04 0.00 99.91
  00时20分01秒 all 0.03 0.00 0.02 0.03 0.00 99.92

• 字段说明：
  kbmemfree与kbmemused字段分别显示内存的未使用与已使用空间，后面跟着的是已使用空间的百分比（%memused字段）。kbbuffers与kbcached字段分别显示缓冲区与系统全域的数据存取量，单位为KB。

5、top指令

top命令可以实时动态地查看系统的整体运行情况，是一个综合了多方信息监测系统性能和运行信息的实用工具。通过top命令所提供的互动式界面，用热键可以管理。

• 命令格式:
  top (选项)

• 选项说明：
  -b：以批处理模式操作；
  -c：显示完整的治命令；
  -d：屏幕刷新间隔时间；
  -I：忽略失效过程；
  -s：保密模式；
  -S：累积模式；
  -i<时间>：设置间隔时间；
  -u<用户名>：指定用户名；
  -p<进程号>：指定进程；
  -n<次数>：循环显示的次数。

• 参数说明：

• 实例分析：

  top - 09:44:56 up 16 days, 21:23, 1 user, load average: 9.59, 4.75, 1.92 Tasks: 145 total, 2 running, 143 sleeping, 0 stopped, 0 zombie Cpu(s): 99.8%us, 0.1%sy, 0.0%ni, 0.2%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.0%si, 0.0%st Mem: 4147888k total, 2493092k used, 1654796k free, 158188k buffers Swap: 5144568k total, 56k used, 5144512k free, 2013180k cached

• 字段说明：
  top - 09:44:56 [当前系统时间],
  16 days [系统已经运行了16天],
  1 user [个用户当前登录],
  load average: 9.59, 4.75, 1.92 [系统负载，即任务队列的平均长度]
  Tasks: 145 total[总进程数],
  2 running[正在运行的进程数],
  143 sleeping[睡眠的进程数],
  0 stopped[停止的进程数],
  0 zombie[冻结进程数],
  Cpu(s): 99.8%us[用户空间占用CPU百分比],
  0.0%ni[用户进程空间内改变过优先级的进程占用CPU百分比], 0.2%id[空闲CPU百分比],
  0.0%wa[等待输入输出的CPU时间百分比],
  0.0%hi[],
  Mem: 4147888k total[物理内存总量],
  2493092k used[使用的物理内存总量],
  1654796k free[空闲内存总量],
  158188k buffers[用作内核缓存的内存量]
  Swap: 5144568k total[交换区总量],
  56k used[使用的交换区总量],
  5144512k free[空闲交换区总量],
  2013180k cached[缓冲的交换区总量],

6、uptime指令

命令：uptime
　　20:55:40 up 24 days, 3:06, 1 user, load average: 8.13, 5.90, 4.94
　　命令输出的最后内容表示在过去的1、5、15分钟内运行队列中的平均进程数量。
　　一般来说只要每个CPU的当前活动进程数不大于3那么系统的性能就是良好的，如果每个CPU的任务数大于5，那么就表示这台机器的性能有严重问题。对 于上面的例子来说，假设系统有两个CPU，那么其每个CPU的当前任务数为：8.13/2=4.065。这表示该系统的性能是可以接受的。
　　

参考文献

［1］http://www.cnblogs.com/xianghang123/archive/2011/08/25/2153591.html
［2］http://man.linuxde.net/vmstat
［3］ http://man.linuxde.net/iostat
［4］ http://man.linuxde.net/mpstat
［5］http://man.linuxde.net/sar
［6］http://man.linuxde.net/top
［7］http://blog.csdn.net/szchtx/article/details/38455385