Linux系统监控工具之vmstat详解

vmstat是一个查看虚拟内存（Virtual Memory）使用状况的工具，使用vmstat命令可以得到关于进程、内存、内存分页、堵塞IO、traps及CPU活动的信息。

vmstat是一个十分有用的Linux系统监控工具，是procps组件的一部分。

一、前言

很显然从名字中我们就可以知道vmstat是一个查看虚拟内存（Virtual Memory）使用状况的工具，但是怎样通过vmstat来发现系统中的瓶颈呢？在回答这个问题前，还是让我们回顾一下Linux中关于虚拟内存相关内容。

虚拟内存运行原理

在系统中运行的每个进程都需要使用到内存，但不是每个进程都需要每时每刻使用系统分配的内存空间。当系统运行所需内存超过实际的物理内存，内核会释放某些进程所占用但未使用的部分或所有物理内存，将这部分资料存储在磁盘上直到进程下一次调用，并将释放出的内存提供给有需要的进程使用。
在Linux内存管理中，主要是通过“调页Paging”和“交换Swapping”来完成上述的内存调度。
调页算法是将内存中最近不常使用的页面换到磁盘上，把活动页面保留在内存中供进程使用。
交换技术是将整个进程，而不是部分页面，全部交换到磁盘上。

二、vmstat的使用

2.1.用法

[root@BJYF-7 ~]#vmstat --help
usage: vmstat [-V] [-n] [delay [count]]
              -V prints version.显示vmstat版本信息.
              -n causes the headers not to be reprinted regularly.
              -a print inactive/active page stats.显示活跃和非活跃内存.
              -d prints disk statistics.显示磁盘相关统计信息.
              -D prints disk table.显示指定磁盘分区.
              -p prints disk partition statistics.显示指定磁盘分区统计信息.
              -s prints vm table.显示内存相关统计信息.
              -m prints slabinfo.显示slabinfo.
              -t add timestamp to output.显示时间信息.
              -S unit size.指定显示信息的单位。
              delay is the delay between updates in seconds.更新时间.
              unit size k:1000 K:1024 m:1000000 M:1048576 (default is K)
              count is the number of updates.次数.

2.2 使用说明

[root@BJYF-7 ~]#vmstat 1 
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  10580 6415376  78424  71864    7   10     9    11   51   37  3  0 97  0  0
[root@BJYF-7 ~]#vmstat -S M
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 0  0     10   7183     77    106    0    0    10    11   51   36  3  0 97  0  0

字段说明：
Procs（进程）
r: 运行队列中进程数量
b: 等待IO的进程数量
Memory（内存）
swpd: 使用虚拟内存大小
free: 可用内存大小
buff: 用作缓冲的内存大小
cache: 用作缓存的内存大小
Swap
si: 每秒从磁盘写到虚拟内存的大小
so: 每秒写入磁盘的虚拟内存大小
IO
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。
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。
系统
in: 每秒中断数，包括时钟中断。
cs: 每秒上下文切换数，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。
CPU
us: 用户进程执行时间(user time)
sy: 系统进程执行时间(system time)
id: 空闲时间(包括IO等待时间)
wa: 等待IO时间

三、案例演示

3.1 空负载状态下vmstat的输出

[root@BJYF-7 ~]#vmstat 1 4 
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 0  0  10580 7395128  78136  70772    7   10    10    11   48   37  2  0 97  0  0    
 0  0  10580 7395120  78136  70772    0    0     0     0   53   55  0  0 100  0  0    
 0  0  10580 7395120  78136  70772    0    0     0     0   47   59  0  0 100  0  0    
 0  0  10580 7395120  78136  70772    0    0     0     0   36   55  0  0 100  0  0    
[root@BJYF-7 ~]#free
             total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:       8059684     664556    7395128          0      78136      70772
-/+ buffers/cache:     515648    7544036
Swap:      6143992      10580    6133412

注意：我们在这里发现一个小bug，vmstat第一次显示的结果往往会不准确，需要看第二、三次的结果

3.2 高CPU使用情况的vmstat输出

[root@BJYF-7 ~]#vmstat 1 4
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 2  0  10580 5436328  78344  71864    7   10     9    11   49   37  3  0 97  0  0    
 2  0  10580 5436344  78344  71864    0    0     0     0 2027   57 100  0  0  0  0    
 2  0  10580 5436360  78344  71864    0    0     0     8 2027   65 100  0  0  0  0    
 2  0  10580 5436360  78344  71864    0    0     0     0 2024   55 100  0  0  0  0

和上面对照可以明显的发现，运行队列为2，内存空闲区域减少，中断数值较大，CPU中的user%使用率是100%。

3.3 高CPU和内存使用情况的vmstat输出

[root@BJYF-7-38 tmp]#vmstat  1 4
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 1  8 4161944 109876    252   4600 17439 27600 17652 27604 1628  929 16 13 29 43  0    
 0  9 4158880 104684    252   4552 58240 55268 58240 55268 4595 2578 10 14  0 77  0    
 8  7 4110180  92344    252   4732 98604 55540 98604 55540 4890 5189 17 18  0 65  1    
 1  8 4161664 105228    252   4648 59272 110972 59272 110972 8996 2551 10 26  0 65  0

从输出结果来看，处在block阻塞状态等待IO操作的数量在8左右，swap使用4G，几乎80%，剩余物理内存100M左右，swap换入换出在60M每秒，中断和上下文次数较多，CPU中user%为20%，wait%为70%。

此时通过top来看，CPU占用最多的进程为系统的kswapd0。iostat查看磁盘使用率100%。

由此推断，swap交换过于频繁，导致IO使用率100%，过多的进程处在阻塞状态，工作效率极低。

而之所以产生很多的swap交换，很可能是因为内存不足造成的。需要升级内存。

内存升到8G以后，在此运行相同的测试程序结果如下：

[root@BJYF-7-38 tmp]#vmstat 1 4
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 8  0  10712 120884    304  10128   96  185   191   188  654  253 61  1 38  0  0    
 8  0  10712 120884    304  10128    0    0     0     0 2005  674 100  0  0  0  0    
 8  0  10712 120884    304  10128    0    0     0     0 2009  675 100  0  0  0  0    
 8  0  10712 120884    304  10128    0    0     0     0 2005  678 100  0  0  0  0

升级以后，swap使用1G左右，但swap换入换出基本为0，wait%为0，user%为100%，一切都正常了。

参考文章

http://blog.csdn.net/xifeijian/article/details/8209788

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