如果你的Linux服务器突然负载暴增,如何在最短时间内找出Linux性能问题所在?

通过执行以下命令,可以在1分钟内对系统资源使用情况有个大致的了解。

  • uptime

  • dmesg | tail

  • vmstat 1

  • mpstat -P ALL 1

  • pidstat 1

  • iostat -xz 1

  • free -m

  • sar -n DEV 1

  • sar -n TCP,ETCP 1

  • top

其中一些命令需要安装sysstat包,有一些由procps包提供。这些命令的输出,有助于快速定位性能瓶颈,检查出所有资源(CPU、内存、磁盘IO等)的利用率(utilization)、饱和度(saturation)和错误(error)度量,也就是所谓的USE方法

uptime:linux中uptime命令查看系统负载。

 [root@besttest bin]# uptime -V
procps version 3.2.

procps是一个实用程序包,主要包括ps top kill等程序主要用来显示与控制一些系统信息,进程状态之类的内容。

[root@besttest bin]# uptime
:: up :, users, load average:30.02, 26.43, 19.02
  1. 当前时间 04:03:58
  2. 系统已运行的时间 10 days, 13:19
  3. 当前在线用户 1 user
  4. 平均负载:0.54, 0.40, 0.20,最近1分钟、5分钟、15分钟系统的负载

通过这三个数据,可以了解服务器负载是在趋于紧张还是趋于缓解。如果1分钟平均负载很高,而15分钟平均负载很低,说明服务器正在面临高负载情况,需要进一步排查CPU资源都消耗在了哪里。反之,如果15分钟平均负载很高,1分钟平均负载较低,则有可能是CPU资源紧张时刻已经过去。

上面例子中的输出,可以看见最近1分钟的平均负载非常高,且远高于最近15分钟负载,因此我们需要继续排查当前系统中有什么进程消耗了大量的资源。可以通过vmstat、mpstat等命令进一步排查。

cat /proc/loadavg

最直接查看系统平均负载命令

root@Slyar.com:~# cat /proc/loadavg
0.10 0.06 0.01 /

除了前3个数字表示平均进程数量外,后面的1个分数,分母表示系统进程总数,分子表示正在运行的进程数;最后一个数字表示最近运行的进程ID

何为系统负载呢?

系统平均负载被定义为在特定时间间隔内运行队列中的平均进程数。如果一个进程满足以下条件则其就会位于运行队列中:

  • 它没有在等待I/O操作的结果
  • 它没有主动进入等待状态(也就是没有调用'wait')
  • 没有被停止(例如:等待终止)

一般来说,每个CPU内核当前活动进程数不大于3,则系统运行表现良好!当然这里说的是每个cpu内核,也就是如果你的主机是四核cpu的话,那么只要uptime最后输出的一串字符数值小于12即表示系统负载不是很严重.当然如果达到20,那就表示当前系统负载非常严重,估计打开执行web脚本非常缓慢.

 dmesg | tail

root@Slyar.com:~#dmesg | tail 
[1880957.563150] perl invoked oom-killer: gfp_mask=0x280da, order=, oom_score_adj= [...]
[1880957.563400] Out of memory: Kill process (perl) score or sacrifice child
[1880957.563408] Killed process (perl) total-vm:1972392kB, anon-rss:1953348kB, file-rss:0kB
[2320864.954447] TCP: Possible SYN flooding on port . Dropping request. Check SNMP counters.

该命令会输出系统日志的最后10行。示例中的输出,可以看见一次内核的oom kill和一次TCP丢包。这些日志可以帮助排查性能问题。千万不要忘了这一步。

vmstat 2 10

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。

[root@ubuntu bin]# vmstat
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st

2表示每个两秒采集一次服务器状态,5表示只采集五次。

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 bin]# vmstat
procs ---------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu----- r  b swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st 34  0    0 200889792  73708 591828    0    0     0     5    6   10 96  1  3  0  0 32  0    0 200889920  73708 591860    0    0     0   592 13284 4282 98  1  1  0  0 32  0    0 200890112  73708 591860    0    0     0     0 9501 2154 99  1  0  0  0 32  0    0 200889568  73712 591856    0    0     0    48 11900 2459 99  0  0  0  0 32  0    0 200890208  73712 591860    0    0     0     0 15898 4840 98  1  1  0  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。

参数介绍一下吧

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。

  • si, so:交换区写入和读取的数量。如果这个数据不为0,说明系统已经在使用交换区(swap),机器物理内存已经不足。

  • us, sy, id, wa, st:这些都代表了CPU时间的消耗,它们分别表示用户时间(user)、系统(内核)时间(sys)、空闲时间(idle)、IO等待时间(wait)和被偷走的时间(stolen,一般被其他虚拟机消耗)。

上述这些CPU时间,可以让我们很快了解CPU是否出于繁忙状态。一般情况下,如果用户时间和系统时间相加非常大,CPU出于忙于执行指令。如果IO等待时间很长,那么系统的瓶颈可能在磁盘IO。

示例命令的输出可以看见,大量CPU时间消耗在用户态,也就是用户应用程序消耗了CPU时间。这不一定是性能问题,需要结合r队列,一起分析。

mpstat

mpstat是MultiProcessor Statistics的缩写,是实时系统监控工具。报告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。

语法:

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

参数:

(1)-P {|ALL}:表示监控哪个CPU,在[0,cpu个数-1]中取值;

(2)internal:相邻的两次采样的间隔时间;

(3)count:采样的次数,count只能和delay一起使用;

备注: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

[root@ubuntu bin]#mpstat -P ALL
Linux 3.13.--generic (titanclusters-xxxxx) // _x86_64_ ( CPU)
:: PM CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle
:: PM all 98.470.000.750.000.000.000.000.000.000.
:: PM 096.040.002.970.000.000.000.000.000.000.
:: PM 197.000.001.000.000.000.000.000.000.002.
:: PM 298.000.001.000.000.000.000.000.000.001.
:: PM 396.970.000.000.000.000.000.000.000.003.
[...]

(1)user:在internal时间段里,用户态的CPU时间(%),不包含nice值为负进程,值为 (usr/total)*100;

(2)nice:在internal时间段里,nice值为负进程的CPU时间(%),值为(nice/total)*100;

(3)system:在internal时间段里,核心时间(%),值为(system/total)*100;

(4)iowait:在internal时间段里,硬盘IO等待时间(%),值为(iowait/total)*100;

(5)irq:在internal时间段里,硬中断时间(%),值为(irq/total)*100;

(6)soft:在internal时间段里,软中断时间(%),值为(softirq/total)*100;

(7)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(%),值为(idle/total)*100;

(8)intr/s:在internal时间段里,每秒CPU接收的中断的次数,值为(intr/total)*100;

该命令可以显示每个CPU的占用情况,如果有一个CPU占用率特别高,那么有可能是一个单线程应用程序引起的。

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