Red Hat Enterprise Linux 4: 系統管理
| Red Hat Enterprise Linux 4: 系統管理導論 | ||
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2.5. Red Hat Enterprise Linux 的特定資訊
Red Hat Enterprise Linux 內附非常多種資源監控工具。以功能而言，底下這些工具都是個中翹楚；但您可選用的工具遠多於此。這些工具包括了：
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free
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top （以及 GNOME 系統監控：圖形版本的top）
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vmstat
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Sysstat 資源監控工具組
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OProfile 系統全域剖析工具
現在我們就來一一檢視這些工具。
2.5.1. free
free 指令顯示了系統記憶體的使用率。底下是執行後的例子：
total used free shared buffers cached |
Mem: 那一行顯示了實際記憶體的使用率；Swap: 顯示的是系統 swap 空間的使用率；而 -/+ buffers/cache: 則是目前撥給系統緩衝區的實體記憶體數量。
因為 free 指令預設上只會顯示一次記憶體使用率，所以對於短期的監控，或看看目前記憶體是不是有問題很有幫助。雖然您可以在 free 指令後加上 -s 選項，連續顯示記憶體使用率；但畫面會一直往上捲，讓人不容易看清每次的變化為何。
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提示 | ||
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| 與其使用 free -s，您不妨結合 watch 與 free 指令。舉例來說，要系統每兩秒（watch 指令的預設值）顯示一次記憶體用量，請執行以下指令：
watch 指令會每兩秒執行 free 一次，執行前會清除螢幕，在同樣位置列印資料。因為 watch 指令不會捲動螢幕，所以很容易看出長時間的記憶體使用率。您可以使用 -n 選項，控制執行的頻率；您也可以利用 -d 選項，讓程式將每次不同的地方標示出來。執行範例如下：
欲知更多詳情，請參閱 watch man page。 watch 指令會一直執行，直到您按下 [Ctrl] - [C] 為止。您不妨把 watch 指令記下來，它在很多時候都很有用。 |
2.5.2. top
free 指令只會顯示記憶體相關的訊息，top 指令則每樣東西都沾上點邊。CPU 使用率、程序的統計資料、記憶體使用率 — top 全部一網打盡。除此之外，跟 free 不同的是，top 預設上就是不斷的執行，您不需要搭配 watch 使用。以下是使用範例：
14:06:32 up 4 days, 21:20, 4 users, load average: 0.00, 0.00, 0.00 |
這畫面分成兩個部份。上半部包括了系統的整體狀態 — 迄今的開機時間、平均負載、程序的數量、CPU 狀態、記憶體與 swap 空間的使用資料。下半部則顯示了程序等級的統計資訊。您可以在 top 執行期間變更顯示畫面。例如 top 預設上會顯示所有執行與非執行中的程序，如果您只想看執行中的程序，請按下 [i] 鍵；再按一次可以讓您回到預設的顯示模式。
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警告 |
|---|---|
| 雖然從畫面上看起來，top 是個再陽春不過的程式；但千萬別讓它的外表給騙了，您可以用單鍵的指令來操作 top。舉例來說，如果您以 root 身份登入，您就可以用這程式改變系統上任何程序的優先順序，甚至直接刪除程序。因此，除非您已經詳讀了 top 指令的說明畫面（要顯示說明畫面，請按 [?] 鍵），否則建議您除了 [q] （結束 top）按鍵以外，什麼都不要按。 |
2.5.2.1. GNOME 系統監控 — 圖形化的 top
如果您比較習慣圖形化介面，那麼您一定會喜歡 GNOME 系統監控。GNOME 系統監控 跟 top 很像，會顯示系統的整體狀態、程序的數量、記憶體與 swap 使用率、以及程序方面的統計數據。
然而，GNOME 系統監控 更進一步，使用圖形化方式顯示 CPU、記憶體、以及 swap 空間的使用率，並以柱狀圖列出所有的磁碟空間使用率。圖形 2-1 是 GNOME 系統監控 程序清單 的範例。
圖形 2-1. GNOME 系統監控 程序清單 的畫面
您可以先點選其中一個程序，再按下下方的顯示詳細資訊按鈕，以得到該程序更進一步的資訊。
要顯示 CPU、記憶體、以及磁碟使用率的統計資訊，請按下 系統監控 標籤。
2.5.3. vmstat
如果您想對系統效能有個初步的了解，不妨試試 vmstat 指令，它以一行數據簡明扼要地列出程序、記憶體、swap 空間、I/O、系統、以及處理器等相關動作的資訊。
procs memory swap io system cpu |
第一行將所有欄位分成六大類，包括程序、記憶體、swap 空間、I/O、系統、以及處理器等相關的統計數據。第二行則進一步顯示各種細部資訊，讓您快速地瀏覽所需資訊。
與程序有關的欄位包括：
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r — 等著存取處理器的可執行程序之數量
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b — 處於不可執行睡眠狀態下的程序數目
與記憶體相關的欄位包括：
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swpd — 已使用的虛擬記憶體大小
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free — 未使用的記憶體大小
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buff — 用來當作緩衝區的記憶體大小
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cache — 用來當作分頁快取的記憶體大小
與 swap 有關的欄位包括：
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si — 從磁碟讀入，置換到記憶體的資料大小
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so — 從記憶體置換到磁碟的資料大小
與 I/O 有關的欄位包括：
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bi — 送到區塊（block）裝置的區塊數目
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bo — 從區塊裝置讀入的區塊數目
與系統相關的欄位包括：
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in — 每秒的中斷數目
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cs — 每秒的環境切換（context switch）數目
與 CPU 相關的欄位包括：
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us — CPU 處理使用者等級程式碼的時間，以百分比表示
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sy — CPU 處理系統等級程式碼的時間，以百分比表示
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id — CPU 的閒置時間，以百分比表示
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wa — I/O 等待
如果您不加任何選項，那麼 vmstat 只會顯示一行，包括系統開機以來的平均值。
不過大部分系統管理者不會倚靠這行資料來做分析，因為每次擷取的資料會隨著時間而不同。因此，大部分管理者都會使用 vmstat 的重複執行功能，設定一定的間隔擷取資訊。例如 vmstat 1 會每隔一秒鐘顯示一行資訊；而 vmstat 1 10 會每隔一秒顯示一行，但只會持續十秒。
只要有 vmstat 在手，有經驗的管理者可以馬上找出系統使用率與效能問題的關鍵。但是要更深一步，就需要另一個工具 — 能深入搜集並分析資料的工具。
2.5.4. Sysstate 資源監控工具組
在很短的時間之內，之前所提到的工具能提綱挈領地，讓您一窺系統的效能資訊；但除了提供某個時點的資源使用率之外，就沒有太大用處。除此之外，這些簡單的工具有時也有力有未逮的時候。
因此，我們需要更複雜的工具。Sysstat 正符合所需。
Sysstat 包括以下搜集 I/O 與 CPU 統計資料的工具：
- iostat
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顯示 CPU 使用率的概要，以及一或多台磁碟機的 I/O 統計數據。
- mpstat
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顯示更深入的 CPU 統計資料。
Sysstat 也包含搜集系統資源使用率資料、以及利用這些資料建立日報表的工具。這些工具包括：
- sadc
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sadc 是系統活動資料搜集程式（system activity data collector）的縮寫，能將系統資源使用率的資料搜集後寫到檔案中。
- sar
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sar 會利用 sadc 所建立的檔案，以互動式的方式製作報表、或寫入檔案以供更深入的分析。
底下章節將更詳細地探討每一項工具。
2.5.4.1. iostat 指令
基本上，iostat 指令大致提供了 CPU 與磁碟 I/O 的統計資訊：
Linux 2.4.20-1.1931.2.231.2.10.ent (pigdog.example.com) 07/11/2003 |
在第一行（包括系統核心的版本、主機名稱、以及目前日期）之下，iostat 顯示了開機以來，系統平均 CPU 使用率的簡明資訊，其中包括以下百分比數字：
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使用者模式所花的時間（執行應用程式等等）。
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使用者模式所花的時間（曾經使用 nice(2) 指令改變既定優先權限的程序）
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核心模式所用的時間
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處理器的閒置時間
在 CPU 使用率報表之下，是裝置的使用率報表。其中每個磁碟裝置一行，包括以下資訊：
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裝置名稱，以 dev<major-number>-sequence-number格式顯示，其中 <major-number> 是裝置的主要號碼[1]；而 <sequence-number> 則是從零開始的流水號
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每秒的傳輸（或 I/O 操作）數目
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每秒讀取的 512 位元區塊數
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每秒寫入的 512 位元區塊數
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512 位元區塊的讀取總數
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512 位元區塊的寫入總數
這只是 iostat 指令的範例。如欲了解更多資訊，請參閱 iostat 的 man page。
2.5.4.2. mpstat 指令
mpstat 指令的執行結果跟 iostat 的 CPU 使用率報表沒什麼分別。
Linux 2.4.20-1.1931.2.231.2.10.ent (pigdog.example.com) 07/11/2003 |
除了多一欄顯示 CPU 每秒處理的中斷外，實質上沒有什麼差異。然而，如果您為 mpstat 加上 -P ALL 選項後，那就有很大的不同：
Linux 2.4.20-1.1931.2.231.2.10.ent (pigdog.example.com) 07/11/2003 |
在多處理器系統上，mpstat 指令能個別顯示每個 CPU 的資訊，讓您比較每個處理器的效能為何。
2.5.4.3. sadc 指令
如之前所述，sadc 指令會搜集系統使用率的資訊，寫進檔案中以供將來分析用。預設上，這資料會寫到 /var/log/sa/ 目錄中，命名為sa<dd>。其中 <dd> 是目前日期的二位數字。
sadc 通常都由 sal 這個 script 來執行；而這 script 又由 cron 定期透過位於 /etc/cron.d/ 目錄中的 sysstat 檔案運作。sal 會以為期一秒的時間，執行 sadc。預設上，cron 會每十分鐘執行 sal 一次，然後定期寫到 /var/log/sa/sa<dd> 檔案中。
2.5.4.4. sar 指令
sar 指令會根據 sadc 所蒐集的資料來產生系統使用率報表。根據 Red Hat Enterprise Linux 的設定，sar 會自動執行，以處理由 sadc 而來的檔案。這些報告檔案會寫到 /var/log/sa/ 目錄中，命名為 sar<dd>；其中 <dd> 是一組二位數字，表示前一天的日期。
sar 多半由 sa2 這個 script 所執行，後者會定期由 cron 執行位於 /etc/cron.d 目錄中的 sysstat。預設上 cron 會在每天晚上 11 點 53 分時，執行 sa2，以利用當天的所有資料製作報表。
2.5.4.4.1. 解讀 sar 報表
根據 Red Hat Enterprise Linux 預設的設定，sar 報表包括了幾個段落，每個段落都包括了特定類型的資料，依照資料搜集的時間排列。由於 sadc 會每隔十分鐘執行一秒，所以 sar 報表預設上會以十分鐘為單位，列出 00:00 到 23:50 之間的資料[2]。
這報表每一節開始的地方，都有標題描述包含於本節的資料。這標題會在每節中以固定的時間間隔重複，讓您閱讀報表時，能更輕易地解讀資料。每一節的最後一行，都包含了該節的平均資料。
底下是 sar 報表的範例。為了節省空間，00:30 到 23:40 的資料都已經被移除：
00:00:01 CPU %user %nice %system %idle |
本節顯示的是 CPU 的使用率資訊，跟 iostat 所顯示的資料非常類似。
其他部份可能包含同一時間內，值得研究的資訊；這些資訊散佈在多行中。例如底下是從雙 CPU 電腦搜集到的資訊：
00:00:01 CPU %user %nice %system %idle |
根據預設值，Red Hat Enterprise Linux 中的 sar 指令共有十七個不同的段落；有些將在之後的章節中為您介紹。如要了解所有段落中的資料，請參閱 sar(1) 的 man page。
2.5.5. OProfile
OProfile 系統全域剖析工具（profiler）是個不太耗費系統資源的監控工具。OProfile 利用了處理器的效能監控硬體[3]來找出與效能相關的問題本質。
效能監控硬體是處理器內建的功能之一，作法是用一個特別的計數器，每當有某個特殊事件（例如處理器不再閒置、或所需要的資料不在快取中）發生時，就會加一。有些處理器擁有不只一個這種計數器，讓使用者紀錄多種不同的事件。
您可以為這計數器載入一個初始值，當計數器溢位時，它會發出一個中斷訊號。將不同的值填入這計數器，就可以改變中斷產生的頻率。這樣就可以控制採樣頻率，進一步設定資料搜集的詳細程度。
一 方面，您可以為每個事件產生中斷，讓這計數器溢位，以搜集到最詳盡的資料（但系統負荷會很重）。另一方面，您可以設定這計數器，讓它不常產生中斷，只對系 統效能搜集一般性的資料（這樣幾乎不會對系統產生任何負荷）。有效監控系統的秘訣在於如何選擇您的採樣頻率，一方面要高到足以搜集到需要的資訊，另一方面 又不要太高以免加重系統的負荷。
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警告 |
|---|---|
| 您可以設定 OProfile，讓它產生的負荷足夠讓系統無法處理正常事務。因此，在您選擇計數器的值時，一定要小心謹慎。也因此，opcontrol 指令的 --list-events 選項能為目前的處理器顯示可用的事件種類，以及每個種類的最小建議值。 |
記得使用 OProfile時，您得在採樣頻率與系統負荷間取得平衡，魚與熊掌是不能兼得的。
2.5.5.1. OProfile 元件
Oprofile 包括了以下元件：
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資料搜集軟體
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資料分析軟體
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管理介面的軟體
資料搜集軟體包括 oprofile.o 核心模組，以及 oprofiled daemon。
資料分析軟體包括：
- op_time
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為每個執行檔所做的採樣頻率，以數目與相對百分比顯示
- oprofpp
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由函數、獨立指令、或使用 gprof 格式所採取的樣本，以數目或百分比顯示
- op_to_source
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顯示已註釋的原始碼與（或）組合清單
- op_visualise
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用圖形化方式顯示搜集來的資料
這些程式能以多樣化的方式，顯示搜集而來的資料。
管理介面軟體控制了所有資料搜集方面的事情，從指定要監控哪些事件，到搜集開始與結束等等。這些工作都以 opcontrol 指令來操作。
2.5.5.2. OProfile 的使用範例
本節將為您示範 OProfile 從開始設定，到最後的資料分析的過程。這只是個初步的簡介，欲知更多資訊，請參閱《Red Hat Enterprise Linux 系統管理手冊》。
請用 opcontrol 設定欲搜集的資料類型，指令如下：
opcontrol / |
在這裡所用的選項會將 opcontrol 導向到：
-
將 OProfile 導向到目前執行核心的複本（--vmlinux=/boot/vmlinux-`uname -r`）
-
指明使用處理器的第零個計數器，CPU 執行指令時做監控的動作（--ctr0-event=CPU_CLK_UNHALTED）
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指明 OProfile 每 6,000 個時段，就針對特定的事件採樣一次（--ctr0-count=6000）
接下來，使用 lsmod 指令檢查 oprofile 核心模組是否已經載入：
Module Size Used by Not tainted |
用 ls /dev/oprofile/ 指令，檢查 OProfile 檔案系統（位於 /dev/oprofile/）是否已經掛載：
0 buffer buffer_watershed cpu_type enable stats |
（實際的檔案數目會根據處理器種類而有所不同。）
做到這一步，/root/.oprofile/daemonrc 檔案包含了資料搜集軟體所需的設定：
CTR_EVENT[0]=CPU_CLK_UNHALTED |
接下來，執行 opcontrol --start 指令，實際開始資料搜集動作：
Using log file /var/lib/oprofile/oprofiled.log |
用 ps x | grep -i oprofiled 指令檢查 oprofiled daemon 是否正在執行中：
32019 ? S 0:00 /usr/bin/oprofiled --separate-lib-samples=0 … |
（用 ps 指令顯示的 oprofiled 遠長於此；但為了格式問題，畫面已經被裁切過。）
現在您已經開始監控系統，對系統上所有執行檔進行資料的搜集。所有資料都儲存在 /var/lib/oprofile/samples/ 目錄中；不過檔案的命名方式都非常獨特。底下是一個範例：
}usr}bin}less#0 |
這命名方式使用每個包括可執行碼檔案的絕對路徑，以右大括弧（}）取代斜線（/），緊跟著井字號（#），最後是一個號碼（本例為0）。因此，本例表示當 /usr/bin/less 正在執行時，系統正在搜集資料。
一旦資料搜集好，就可以用以下任一種分析工具來顯示。OProfile 有個很好的功能，就是在分析資料時，不用暫停搜集資料的動作。然而，您應該先等上一段時間，讓資料樣本寫進磁碟中；或使用opcontrol --dump 指令強迫程式把樣本寫到檔案中。
以底下的例子來說，op_time 用來顯示（反向顯示 — 從最高到最低）已搜集的樣本：
3321080 48.8021 0.0000 /boot/vmlinux-2.4.21-1.1931.2.349.2.2.entsmp |
要以互動方式產生報表，less 是個不錯的選擇，因為這報表通常多達數百行。也基於這個原因，您現在看到的範例只是實際情形的部份而已。
這特殊報表的格式，是每一行代表一個採樣的執行檔。每一行都遵循以下格式：
<sample-count> <sample-percent> <unused-field> <executable-name> |
其中：
-
<sample-count> 代表以搜集的樣本數
-
<sample-percent> 代表這個特別執行檔的採樣資料，以百分比表示
-
<unused-field> 是個沒有用到的欄位
-
<executable-name> 表示資料搜集的可執行檔檔名
這份報表（來自一臺大部分時間都在閒置的系統）顯示近半數的採樣都發生在 CPU 執行核心碼的時候。第二行是 OProfile 資料搜集 daemon，然後是許多函式庫與 X 視窗系統伺服器，XFree86。值得一提的是，計數器的值 6,000 是 opcontrol --list-events 推薦的最小值。這表示 — 至少在這部電腦上 — OProfile 的最高負載大約是 CPU 資源的 11%。
注
| [1] | 您可以在用 ls -l 指令，顯示 /dev/ 目錄裡面的檔案。主要號碼就是裝置群組規格後的那個數字。 |
| [2] | 由於系統的負載不同，資料搜集的時間也會有一兩秒的差異。 |
| [3] | 對於缺少效能監控硬體的電腦架構，OProfile 也可以使用先前的機制（稱為 TIMER_INT）來運作 |
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