后台故障&性能分析常用工具

说明

本文是一个归纳总结，把常用的一些指令，及它们常用的option简单记录了一下，目的是当我们需要工具去定位问题的时候，能够从中找到合适的工具，具体的用法网上有很多博文了，当然还有man手册。参考了一些博客和网站的内容，为了阅读体验，将原文链接均放置在了文末。水平有限，难免有差错，欢迎指出。(此文写于2016年，2018再次回顾发现有不少理解错误的地方，同时归纳的也不全，日后再重新整理)

目录

• top
• 简介
• option解释
• iotop
• 简介
• option解释
• netstat
• 简介
• option解释
• ss
• 简介
• option解释
• vmstat
• 简介
• option解释
• ltrace
• 简介
• option解释
• strace
• 简介
• option解释
• tcpdump
• 简介
• option解释
• ngrep
• 简介
• option解释
• gdb
• 简介
• 常用指令
• 其它

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top

简介

top命令用于实时显示系统中各进程的资源占用情况
top关键参数解释
```
1 top - 15:08:41 up 193 days, 3:01, 12 users, load average: 0.01, 0.04, 0.05
2 Tasks: 254 total, 1 running, 253 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
3 Cpu(s): 0.3%us, 0.2%sy, 0.0%ni, 99.5%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.0%si, 0.0%st
4 Mem: 16170624k total, 15668840k used, 501784k free, 5233320k buffers
5 Swap: 2104508k total, 142188k used, 1962320k free, 6907808k cached
6
7 PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
```

系统整体信息

• 15:08:41 ： 系统时间
• up 193 days, 3:01 ： 系统运行时间
• 12 users ： 当前有12个用户登录了系统
• load average: 系统负载,这三个值从右往左看可以大致清楚系统负载的变化趋势，值越小说明系统负载越趋良好 [关于load average的介绍][1]
• taks: total即进程总数，runing，sleeping，stopped，zombie分别表示各状态的进程数，zombie即僵尸进程数，由子进程结束但是父进程未回收产生，将会占用进程号，不利于调度，太多的话甚至可能导致无法产生新的进程，可通过ps结合kill命令干掉它们，必要时还有它们的父进程
• Mem:内存状况，total即总量，used代表使用中的，free代表空闲状态的，buffers主要用于存储文件信息
• Swap:交换空间（位于硬盘），内存以分页的形式进行访问，物理内存中被淘汰的页面将会放在这一空间中，用于释放内存，加载新的页面。顾名思义，total是交换空间总量，used为已使用的，free为空闲状态，cached主要用于缓存文件数据
  
  系统可用内存的近似计算公式：Mem的free + Mem的buffers + Swap的cached

CPU各参数解释

• us:用户态进程占用cpu的百分比
• sy:内核占用cpu的百分比
• ni:优先级改变过的进程占用cpu的百分比
• id:空闲cpu百分比
• wa:io等待占用cpu的百分比
• hi:硬中断占用cpu的百分比
• si:软中断占用cpu的百分比
• st:steal time,主机上别的虚拟机所占用的cpu百分比。[点击参看Hypervisor][2]

各进程信息

• PID：进程id
• USER:进程所属用户
• PR:进程的优先级，默认为20，值越低，优先级越高
• NI:nice值，一般情况下PR值 = nice值 + 20
• VIRT:进程使用的虚拟内存总量
• RES:进程使用的未被换出的物理内存大小
• SHR:共享内存大小
• S:进程状态，D=不可中断的睡眠状态 R=运行 S=睡眠 T=跟踪/停止 Z=僵尸进程
• %CPU:上次更新到现在的cpu时间占用百分比
• %MEM:进程使用的物理内存百分比
• TIME+:进程使用的cpu时间总结，单位1/100秒
• COMMAND:进程名

option解释

版本不同可能导致支持的option有差别，常用的大概有如下

• -a 按内存占用来排序
• -b 批处理模式，该模式常用于将top命令得到的信息写到文件中或者被其他程序处理
• -c 显示完整的进程名(命令行)
• -d 设置屏幕刷新间隔
• -n 循环显示的次数
• -p 指定进程
• -u 指定用户
• -M 内存单位使用K/M/G，默认只有K
• -S 累计模式，会把已完成的子进程占用的CPU时间累计到父进程中

默认是以cpu占用百分比来排序的，通过 Shift + < 或者 Shift + > 可以调整按什么来排序。另外在多核机器上按1可以显示每个cpu的状况

top下的交互命令，常用的有如下

• q - 退出程序
• k - 干掉一个进程
• u - 选择只显示某个用户的进程
• r - 修改某个进程的nice值，间接修改了进程的优先级

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iotop

简介

iotop是用于监视各进程磁盘i/o状况的工具，与top命令类似，输入iotop命令，可以看到头两行如下所示
```
Total DISK READ: 0.00 B/s | Total DISK WRITE: 312.13 K/s
TID PRIO USER DISK READ DISK WRITE SWAPIN IO> COMMAND

第一行顾名思义，简单解释一下第二行
* TID：线程id，该栏可以调整显示进程id
* PRIO：磁盘io优先级，磁盘io优先级是值越大，优先级越高，与进程调度优先级相反
* USER：即进程所属用户
* DISK READ：即磁盘读取速率
* DISK WRITE：磁盘写入速率
* SWAPIN：该取样周期内磁盘数据换入内存所花时间百分比
* IO>：该取样周期内io等待所花时间百分比
<h3 id = "2.2">option解释</h3>
* -o 只展示该周期内在进行io的进程或者线程
* -b 同top，开启批处理模式，主要是为了将信息写入文件或者交给其它程序处理
* -n 同top，设置刷新次数
* -d 同top，设置刷新间隔
* -p 同top，指定进程
* -P 显示进程id，默认是显示线程id
* -u 同top，指定用户
* -a 显示自命令开启以来，进程或者线程的io总量，默认情况下是显示该取样周期内的数据
iotop下的交互命令，常用的有如下
* r - 反向排序，默认是从大到小排
* o - 同option中的-o
* p - 进行切换，显示进程id或者显示线程id
* a - 同option中的-a
* i - 改变线程或者进程的io优先级
* q - 退出
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<h1 id = "3">netstat</h1>
<h3 id = "3.1">简介</h3>
netstat用于显示各种网络相关的信息，输入netstat后，可以看到信息一共分为两类来进行显示

Active Internet connections (w/o servers)

Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State

.....

Active UNIX domain sockets (w/o servers)

Proto RefCnt Flags Type State I-Node Path

...

第一类是网络套接字，第二类是Unix域套接字，只能用于本机通信，但性能比网络套接字要好，关于Unix域套接字可以google相关信息。Recv-Q和Send-Q需要关注一下，如果值过大的话说明有大量网络包堆积在队列中
<h3 id = "3.2">option解释</h3>
netstat命令常用的option有如下
* -a 显示所有状态的socket，默认情况下Listen状态的socket是不会显示的
* -c 每隔一段时间执行一次netstat命令
* -n ip和端口均显示数字，而不是别名
* -t 仅显示tcp协议的socket
* -u 仅显示udp协议的socket(该选项需要配合-a或者-l来用，不然是没有信息展示的)
* -l 仅显示Listen状态的socket
* -p 显示保持该连接的进程名
* -r 显示路由信息
* -s 分协议来显示统计信息
---
<h1 id = "4">ss</h1>
<h3 id = "4.1">简介</h3>
显示socket统计信息，显示的内容和netstat类似，但是比netstat快，当服务器socket连接数很大的时候，建议使用ss命令，同时能够得到更多的跟socket相关的信息。Recv-Q和Send-Q需要关注一下，如果值过大的话说明有大量网络包堆积在队列中。输入ss，可以看到如下内容

State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port

...

常用的option是ss -s，可以统计当前socket使用状况,如

Total: 214 (kernel 0)

TCP: 50 (estab 26, closed 15, orphaned 0, synrecv 0, timewait 15/0), ports 0

Transport Total IP IPv6

•     0         -         -
  

RAW 0 0 0

UDP 23 23 0

TCP 35 33 2

INET 58 56 2

FRAG 0 0 0

<h3 id = "4.2">option解释</h3>
常用的option有如下
* -n 同netstat的-n，数字化ip/port
* -o 显示tcp的计时器信息，关于tcp的计时器信息[TCP的四种定时器][3]
* -a 展示所有套接字，包括listen状态和established状态的
* -l 仅展示listen状态的套接字
* -t 只展示tcp套接字
* -u 只展示udp套接字
* -d 只展示dccp套接字
* -w 只展示raw套接字
* -x 只展示unix域套接字
* -4 只展示ipv4的套接字
* -6 只展示ipv6的套接字
ss的强大之处还在于它可以对socket信息进行过滤，包括state,src,dst,sport,dport等，详细请参考[ss命令][4]
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<h1 id = "5">vmstat</h1>
<h3 id = "5.1">简介</h3>
vmstat是信息更加全面的监控工具，通过它可以查看机器的整体状况，包括cpu使用率，内存使用，磁盘io等。
输入vmstat可以看到如下信息

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----

r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st

...

* r 表示运行队列中的进程数
* b 表示阻塞中的进程数，即进程状态为ps命令中的D状态，不可中断睡眠状态中的进程数，多为等待io
* swpd 表示已经使用的交换分区大小，该值可对应到top命令中Swap中的used
* buff 表示用为缓存的内存大小，该值可对应到top命令中Mem中的buffers
* cache 表示交换空间位于内存中的缓存大小，该值可以对应到top命令中Swap中的cached
* si 每秒从交换空间换入内存中的大小
* so 每秒从内存中写入到交换空间中的大小
* bi 每秒读取的块数量，这个数字乘以块大小差不多就是磁盘读取速度
* bo 每秒写入的块数量，这个数字乘以块大小差不多就是磁盘写入速度
* in 每秒的中断数，包括时钟中断
* cs 每秒的上下文切换数
* us 用户进程消耗的cpu时间百分比
* sy 内核占用cpu时间百分比
* id 空闲cpu时间百分比，这个时间包括了
* wa io等待占用的cpu时间百分比
* st steal time,主机上别的虚拟机所占用的cpu百分比
<h3 id = "5.2">option解释</h3>
常用的option有如下
* -a 显示活动内存和非活动内存的大小，在linux内核中的内存页面LRU算法中，有两种LRU list，一种是active list，一种是inactive list，刚访问过的页面放进active list中，长时间未访问过的页面放进inactive list中。[详情点击 active/inactive memory][5]
* -t 将时间戳也一同显示出来
* -S 后面跟k或者m，调整显示单位为kb还是mb，默认为k
* delay delay为一个数字，用于设置信息展示间隔
* count count为一个数字，用于设置展示几次信息，默认值为无穷大。示例

vmstat 2 4

为两秒展示一次信息，共展示4次
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<h1 id = "6">ltrace</h1>
<h3 id = "6.1">简介</h3>
追踪进程的库函数调用，一般用来辅助调试，查找性能瓶颈，比如对helloworld程序调用ltrace命令，结果示例

ltrace -T ./hello

__libc_start_main(0x4004c4, 1, 0x7fffc0aced48, 0x4004f0, 0x4004e0 <unfinished ...>

puts("hello world"hello world

) = 12 <0.000125>

+++ exited (status 0) +++

等号左边是函数名即相应的参数，右边是返回值，这里输入了-T，会显示该调用所消耗的时间，位于尖括号内，单位是秒
<h3 id = "6.2">option解释</h3>
常用的大概有如下
* -c 输出统计信息，包括函数的耗时，调用次数等
* -e 只追踪指定的函数，示例

ltrace -e puts ./xx

表示只追踪puts函数调用
* -l 只追踪指定的库中的函数
* -L 不展示库函数调用，一般配合-S使用
* -S 显示系统调用，默认是不显示
* -T 显示调用所耗时间
* -r 每行前面显示一个相对时间戳
* -t 每行前面显示当前的时间(咋一看跟-r似乎一样的，man ltrace，再动手试试就清楚了)
* -tt 同-t，时间精确到ms
* -ttt 同-tt，不过变成了秒的形式
* -p 追踪指定的进程
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<h1 id = "7">strace</h1>
<h3 id = "7.1">简介</h3>
追踪进程的系统调用，一般用来辅助调试，查找性能瓶颈，使用起来跟ltrace类似，不过多阐述了
<h3 id = "7.2">option解释</h3>
常用的有如下
* -c 输出统计信息，包括函数的耗时，调用次数，错误次数等
* -e 作用和ltrace的-e一样，不过使用上更丰富，具体参考man strace
* -T 显示调用所耗时间
* -r 每行前面显示一个相应的时间戳
* -t 每行前面显示当前的时间
* -tt 同-t，时间精确到ms
* -ttt 同-tt，不过变成了秒的形式
* -p 追踪指定的进程
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<h1 id = "8">tcpdump</h1>
<h3 id = "8.1">简介</h3>
这个不必多说，神器之一，tcpdump有很多高级用法，但是这里只简单介绍基础应用
<h3 id = "8.2">option解释</h3>
只介绍几个最常用的
* -A 以ASCII码打印出包的具体信息来
* -nn 以端口号，ip来显示，而不是主机名和服务名称
* -i 后面跟想要监听的网络接口，如eth1
* -w 后面接文件名，将抓去到的信息都写入该文件中
* -c 抓取的数据包数，抓到这么多之后就停止抓取，默认是一直抓下去的
一般我们都会对网络包进行一些筛选，常用的关键字有如下
* 指定属性
如 host，port，分别用于指定ip和端口
* 指定传输方向
如 src , dst
* 指定协议
如 tcp , udp
这些关键字可以用 ！， || ，&& 来进行组合。从而构造出更强大的筛选条件
上面这些都是最基础的应用，更强大的过滤技巧参照链接[tcpdump高级过滤技巧][6]
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<h1 id = "9">ngrep</h1>
<h3 id = "9.1">简介</h3>
抓包利器，非常实用的一个工具，就像用grep匹配文本一样来匹配网络包
<h3 id = "9.2">option解释</h3>
常用的指令有如下
* -d 指定网络接口，如any或者eth1
* -W byline，解析包中换行符，更人性化的显示数据
* -q 静默模式，如果不打开此模式，未匹配的包将会以#打印出来
ngrep同样支持src，dst，port，host等关键字来对数据包进行过滤，比如说我有一个cgi接口，接口名叫hello_world，proxy监听的端口为8080，可以输入以下命令来匹配请求该接口的网络包

sudo ngrep -q -d any -W bylne 'hello_world' 'dst port 8080'

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<h1 id = "10">gdb</h1>
<h3 id = "10.1">简介</h3>
这个不必多说，调试神器，这里只是粗浅介绍
<h3 id = "10.2">常用指令</h3>
调试程序的时候最常用的几个
* l 展示源码
* i 查看已设置的指令，如i b 是查看已设置的断点
* b 设置断点，除了指定符号，也可以指定文件的代码行数
* r 启动程序
* n 在进入断点后，执行下一行代码
* s 在进入断点后，执行下一行代码，与n的区别是：如果是有函数的话会进入到函数中
* p 打印某个变量的值，也可以打印寄存器的值如p /x $eax
* watch 设置观察点，值有变化时，停住程序,类似的还有rwatch，awatch等，详情man gdb
* catch 设置捕捉点，指定的事件发生时，停住程序，详情man gdb
* bt 查看堆栈
* disassembly 反汇编，查看当前桢的汇编码

对于处于进入断点的程序，或者调试core文件时，可以输入bt，查看当前堆栈，也可以指定显示多少层堆栈，如

bt -3

则显示3层(如果有3层的话)

输入bt时，顶层的栈即第0层，也就是程序当前所处的栈，如果需要切换到别的层，可以输入f 加上对应的层数，即

f n

n是一个从0开始的整数，0即栈顶也就是第一层，1即第二层，也可以输入up或者down加上n来进行上下切换

对于已经在运行中的程序，可以使用如下命令来进行调试

gdb ProgramFile Pid

如：

gdb hello 19202

值得注意的是要使用gdb调试程序的话，程序在编译阶段最好加上-g选项，生成调试信息供gdb使用。同时产生core文件时，可以简单的用如下指令来查看core时的堆栈,一般情况下根据core时的堆栈就能定位到问题。需要注意生成的core文件是否被截断，如果被截断可以通过ulimit  -c [数值/unlimited] 来设置一个合理的值

gdb ProgramFile CoreFile

如：

gdb hello core_hello

<h1 id = "11">其它</h1>
比较常用的命令还有nm,readelf,objdump三个，这三个命令都是用于分析elf文件，包括查看文件头，符号，各个section的信息，反汇编等等，功能非常强大。举个例子，我们的程序在链接过程中，如果代码规范做的不好，又或者自己私自拷贝了一份公共库中的代码至本地目录，且对其中函数做了修改，在链接的时候是很容易出现符号覆盖的问题的，导致程序运行出错，通过这几个命令可以分析出程序链接的使用的是哪个库中的符号。这里只做个记录。不再对它们阐述。
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### 参考博文链接
top指令解析:http://www.cnblogs.com/peida/archive/2012/12/24/2831353.html
swap交换空间:https://wiki.archlinux.org/index.php/Swap_(%E7%AE%80%E4%BD%93%E4%B8%AD%E6%96%87)
关于top指令中的PR与NI以及RT: https://www.quora.com/What-is-the-difference-between-the-NI-and-PR-values-in-the-top-1-commands-output
ss命令：http://www.cnblogs.com/peida/archive/2013/03/11/2953420.html
  [1]: http://heipark.iteye.com/blog/1340384
  [2]: https://zh.wikipedia.org/wiki/Hypervisor
  [3]: http://blog.csdn.net/macrossdzh/article/details/5967676
  [4]: http://www.ttlsa.com/linux-command/ss-replace-netstat/
  [5]: http://linuxperf.com/?p=97
  [6]: http://blog.csdn.net/lepton126/article/details/8162926