VMSTAT监控CPU使用率，内存使用，虚拟内存交换情况

Linux性能监控分析命令（一）—vmstat命令详解

一、vmstat介绍

语法格式: vmstat [-V] [-n] [-S unit] [delay [count]]

-V prints version.

-n causes the headers not to be reprinted regularly.

-a print inactive/active page stats.

-d prints disk statistics

-D prints disk table

-p prints disk partition statistics

-s prints vm table

-m prints slabinfo

-t add timestamp to output

-S unit size

delay is the delay between updates in seconds.

unit size k:1000 K:1024 m:1000000 M:1048576 (default is K)

count is the number of updates.

参数解释：

-V：显示vmstat版本信息

-n：只在开始时显示一次各字段名称

-a：显示活跃和非活跃内存

-d：显示各个磁盘相关统计信息

-D：显示磁盘总体信息

-p：显示指定磁盘分区统计信息

-s：显示内存相关统计信息及多种系统活动数量

-m：显示slabinfo

-t：在输出信息的时候也将时间一并输出出来

-S：使用指定单位显示。参数有k、K、m、M，分别代表1000、1024、1000000、1048576字节（byte）。默认单位为K（1024bytes）

delay：刷新时间间隔。如果不指定，只显示一条结果

count：刷新次数。如果不指定刷新次数，但指定了刷新时间间隔，这时刷新次数为无穷

二、vmstat各字段说明

1、procs

r：表示运行和等待CPU时间片的进程数（就是说多少个进程真的分配到CPU），这个值如果长期大于系统CPU个数，说明CPU不足，需要增加CPU

b：表示在等待资源的进程数，比如正在等待I/O或者内存交换等。

2、memory

swpd：表示切换到内存交换区的内存大小，即虚拟内存已使用的大小（单位KB），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：表示当前空闲的物理内存

buff：表示baffers cached内存大小，也就是缓冲大小，一般对块设备的读写才需要缓冲

Cache：表示page cached的内存大小，也就是缓存大小，一般作为文件系统进行缓冲，频繁访问的文件都会被缓存，如果cache值非常大说明缓存文件比较多，如果此时io中的bi比较小，说明文件系统效率比较好

3、swap

si：表示有磁盘调入内存，也就是内存进入内存交换区的内存大小；通俗的讲就是 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。

so：表示由内存进入磁盘，也就是由内存交换区进入内存的内存大小。

注意：一般情况下si、so的值都为0，如果si、so的值长期不为0，则说明系统内存不足，需要增加系统内存

4、io

bi：表示由块设备读入数据的总量，即读磁盘，单位kb/s

bo：表示写到块设备数据的总量，即写磁盘，单位kb/s

注意：如果bi+bo的值过大，且wa值较大，则表示系统磁盘IO瓶颈

5、system

in：表示某一时间间隔内观测到的每秒设备终端数

cs：表示每秒产生的 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。

注意：

这两个值越大，则由内核消耗的CPU就越多

6、CPU

us：表示用户进程消耗的CPU时间百分比，us值越高，说明用户进程消耗CPU时间越多，如果长期大于50%，则需要考虑优化程序或者算法

sy：表示系统内核进程消耗的CPU时间百分比，一般来说us+sy应该小于80%，如果大于80%，说明可能存在CPU瓶颈

id：表示CPU处在空间状态的时间百分比

wa：表示IP等待所占用的CPU时间百分比，wa值越高，说明I/O等待越严重，根据经验wa的参考值为20%，如果超过20%，说明I/O等待严重，引起I/O等待的原因可能是磁盘大量随机读写造成的，也可能是磁盘或者监控器的贷款瓶颈（主要是块操作）造成的

综上所述，如果评估CPU，需要重点关注procs项的r列值和CPU想的us、sy、wa列的值

三、使用实践

一般vmstat工具的使用是通过两个数字参数来完成的，第一个参数是采样的时间间隔数，单位是秒，第二个参数是采样的次数，如:

2表示每个两秒采集一次服务器状态，1表示只采集一次。
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:

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7次数据我就结束了程序。

2)[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat 2　　　　　　　　每二秒显示一次系统内存的统计信息

[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat 2
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 853508    752 507144    0    0     7     1   80  119  2  1 97  0  0
 0  0      0 853508    752 507144    0    0     0     0  376  466  3  2 96  0  0
......

3)[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat 2 5　　　　　　　每二秒显示一次系统内存的统计信息,总共5次　

[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat 2 5
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 853888    752 507152    0    0     7     1   81  119  2  1 97  0  0
 0  0      0 853888    752 507152    0    0     0     0  609  763  5  2 92  0  0
 1  0      0 853888    752 507152    0    0     0     0  582  626  5  2 93  0  0
 0  0      0 853888    752 507152    0    0     0     0  399  464  3  2 95  0  0
 0  0      0 853888    752 507152    0    0     0     0  263  365  3  1 96  0  0
[sunjimeng@localhost ~]$ 

4)[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat -d　　　　　　　显示磁盘的信息

[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat -d
disk- ------------reads------------ ------------writes----------- -----IO------
       total merged sectors      ms  total merged sectors      ms    cur    sec
sda    11582    610  838780  116523   7805   1068  133502  564406      0     73
sr0        0      0       0       0      0      0       0       0      0      0
[sunjimeng@localhost ~]$ 

merged:表示一次来自于合并的写/读请求,一般系统会把多个连接/邻近的读/写请求合并到一起来操作。

5)[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat -a　　　　　　 显示活跃内存与非活跃内存

使用-a选项显示活跃和非活跃内存时，所显示的内容除增加inact和active外，其他显示内容与例子1相同。

[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat -a
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free  inact active   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 1  0      0 854904 316268 604280    0    0     7     1   81  119  2  1 97  0  0
[sunjimeng@localhost ~]$ 

6)[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat -f　　　　　　查看系统已经被fork多少次

[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat -f
        17873 forks
[sunjimeng@localhost ~]$ 

7)[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat -p devtmpfs　　查看特定磁盘设备的

[sunjimeng@localhost ~]$ df
文件系统          1K-块    已用     可用 已用% 挂载点
/dev/sda3      18555904 3583564 14972340   20% /
devtmpfs         997908       0   997908    0% /dev
tmpfs           1006936     148  1006788    1% /dev/shm
tmpfs           1006936    9080   997856    1% /run
tmpfs           1006936       0  1006936    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1        303788  113264   190524   38% /boot
[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat -p devtmpfs
partition was not found
[sunjimeng@localhost ~]$ vmstat -p /dev/sda1
sda1          reads   read sectors  writes    requested writes
                1151      51564       1034       4138   

　　说明：

　　这些信息主要来自于/proc/diskstats。

　　reads:　　　　　　　 　来自于这个分区的读的次数。

　　read sectors:　　　　  来自于这个分区的读扇区的次数。

　　writes:　　　　　　　  来自于这个分区的写的次数。

　　requested writes:　   来自于这个分区的写请求次数。

8)[root@localhost sunjimeng]# vmstat -m　　　　　　　　显示slabinfo

(5)其他:

1.物理内存和虚拟内存区别:

物理内存读写数据要比从硬盘读写数据要快的多，因此，我们希望所有数据的读取和写入都在内存完成，而内存是有限的，这样就引出了物理内存与虚拟内存的概念。

物理内存就是系统硬件提供的内存大小，是真正的内存；在Linux系统下，虚拟内存就是为了满足物理内存的不足而提出的策略，它是利用磁盘空间虚拟出的一块逻辑内存，用作虚拟内存的磁盘空间被称为交换空间（Swap Space）。作为物理内存的扩展，linux会在物理内存不足时，使用交换分区的虚拟内存。（更详细的说，就是内核会将暂时不用的内存块信息写到交换空间，这样以来，物理内存得到了释放，这块内存就可以用于其它目的，当需要用到原始的内容时，这些信息会被重新从交换空间读入物理内存。）

2.linux内存运行机制:

linux的内存管理采取的是分页存取机制，为了保证物理内存能得到充分的利用，内核会在适当的时候将物理内存中不经常使用的数据块自动交换到虚拟内存中，而将经常使用的信息保留到物理内存。

1)首先，Linux系统会不时的进行页面交换操作，以保持尽可能多的空闲物理内存，即使并没有什么事情需要内存，Linux也会交换出暂时不用的内存页面。这可以避免等待交换所需的时间。

2)其次，linux进行页面交换是有条件的，不是所有页面在不用时都交换到虚拟内存，linux内核根据”最近最经常使用“算法，仅仅将一些不经常使用的页面文件交换到虚拟内存，有时我们会看到这么一个现象：linux物理内存还有很多，但是交换空间也使用了很多。其实，这并不奇怪，例如，一个占用很大内存的进程运行时，需要耗费很多内存资源，此时就会有一些不常用页面文件被交换到虚拟内存中，但后来这个占用很多内存资源的进程结束并释放了很多内存时，刚才被交换出去的页面文件并不会自动的交换进物理内存，除非有这个必要，那么此刻系统物理内存就会空闲很多，同时交换空间也在被使用，就出现了刚才所说的现象了。关于这点，不用担心什么，只要知道是怎么一回事就可以了。

3)最后，交换空间的页面在使用时会首先被交换到物理内存，如果此时没有足够的物理内存来容纳这些页面，它们又会被马上交换出去，如此以来，虚拟内存中可能没有足够空间来存储这些交换页面，最终会导致linux出现假死机、服务异常等问题，linux虽然可以在一段时间内自行恢复，但是恢复后的系统已经基本不可用了。

4)因此，合理规划和设计linux内存的使用，是非常重要的。

3.虚拟内存原理:

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。 分页(Page)写入磁盘的过程被称作Page-Out，分页(Page)从磁盘重新回到内存的过程被称作Page-In。当内核需要一个分页时，但发现此分页不在物理内存中(因为已经被Page-Out了)，此时就发生了分页错误（Page Fault）。 当系统内核发现可运行内存变少时，就会通过Page-Out来释放一部分物理内存。经管Page-Out不是经常发生，但是如果Page-out频繁不断的发生，直到当内核管理分页的时间超过运行程式的时间时，系统效能会急剧下降。这时的系统已经运行非常慢或进入暂停状态，这种状态亦被称作thrashing(颠簸)。

4.buffer与cache的区别

buff和cache的主要区别是在控制和速度上。buff的控制相对简单，是对数据流缓冲，将需要的数据流临时缓冲在buff里，以降低低速设备对整体的影响。一般都是对大量的数据交换进行缓冲；cache是对高速交换进行缓冲，需要一些额外的算法来提高效率，比如读取命中之类的，一般相对较小，速度很快，大多是对指令的临时存储。

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参考：

https://www.cnblogs.com/ggjucheng/archive/2012/01/05/2312625.html