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Linux系统性能调优之性能分析
性能调优是一个非常困难的任务，它要求对硬件、操作系统、和应用都有着相当深入的了解。下面从性能分析工具vmstat的用法和实践进行详细介绍。
作者：大力水手来源：| 17:18
性能调优的第一步是性能分析，下面从性能分析着手进行一些介绍，尤其对Linux性能分析工具vmstat的用法和实践进行详细介绍。
1.性能分析的目的
1）找出系统性能瓶颈（包括硬件瓶颈和软件瓶颈）；
2）提供性能优化的方案（升级硬件？改进系统系统结构？）；
3）达到合理的硬件和软件配置；
4）使系统资源使用达到最大的平衡。（一般情况下系统良好运行的时候恰恰各项资源达到了一个平衡体，任何一项资源的过渡使用都会造成平衡体系破坏，从而造成系统负载极高或者响应迟缓。比如CPU过渡使用会造成大量进程等待CPU资源，系统响应变慢，等待会造成进程数增加，进程增加又会造成内存使用增加，内存耗尽又会造成虚拟内存使用，使用虚拟内存又会造成磁盘IO增加和CPU开销增加）
2.影响性能的因素
1）CPU（cpu的速度与性能很大一部分决定了系统整体的性能，是否使用SMP）
2）内存（物理内存不够时会使用交换内存，使用swap会带来磁盘I0和cpu的开销）
3）硬盘（存储系统）
a.Raid技术使用（RAID0, RAID1, RAID5, RAID0+1）
b.小文件读写瓶颈是磁盘的寻址（tps），大文件读写的性能瓶颈是带宽
c.Linux可以利用空闲内存作文件系统访问的cache，因此系统内存越大存储系统的性能也越好
4）网络带宽。
3.性能分析的步骤
1)对资源的使用状况进行长期的监控和数据采集（nagios、cacti）
2）使用常见的性能分析工具（vmstat、top、free、iostat等)
3）经验积累
a.应用程序设计的缺陷和数据库查询的滥用最有可能导致性能问题
b.性能瓶颈可能是因为程序差/内存不足/磁盘瓶颈，但最终表现出的结果就是CPU耗尽，系统负载极高，响应迟缓，甚至暂时失去响应
c.物理内存不够时会使用交换内存，使用swap会带来磁盘I0和cpu的开销
d.可能造成cpu瓶颈的问题：频繁执Perl，php，java程序生成动态web；数据库查询大量的where子句、order by/group by排序&&
e.可能造成内存瓶颈问题：高并发用户访问、系统进程多，java内存泄露&&
f.可能造成磁盘IO瓶颈问题：生成cache文件，数据库频繁更新，或者查询大表&&
4.vmstat详细介绍
vmstat是一个很全面的性能分析工具，可以观察到系统的进程状态、内存使用、虚拟内存使用、磁盘的IO、中断、上下文切换、CPU使用等。对于 Linux 的性能分析，100%理解 vmstat 输出内容的含义，并能灵活应用，那对系统性能分析的能力就算是基本掌握了。
下面是vmstat命令的输出结果：
[root@monitor-www ~]# vmstat 1 5
&&&&&memory&&&&&
&&swap&& &&io&&
&&system&&
对输出解释如下：
a.r列表示运行和等待CPU时间片的进程数，这个值如果长期大于系统CPU个数，就说明CPU资源不足，可以考虑增加CPU；
b.b列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。
a.swpd列表示切换到内存交换区的内存数量（以KB为单位）。如果swpd的值不为0或者比较大，而且si、so的值长期为0，那么这种情况一般不用担心，不会影响系统性能；
b.free列表示当前空闲的物理内存数量（以KB为单位）；
c.buff列表示buffers cache的内存数量，一般对块设备的读写才需要缓冲；
d.cache列表示page cached的内存数量，一般作文件系统的cached，频繁访问的文件都会被cached。如果cached值较大，就说明cached文件数较多。如果此时IO中的bi比较小，就说明文件系统效率比较好。
a.si列表示由磁盘调入内存，也就是内存进入内存交换区的数量；
b.so列表示由内存调入磁盘，也就是内存交换区进入内存的数量
c.一般情况下，si、so的值都为0，如果si、so的值长期不为0，则表示系统内存不足，需要考虑是否增加系统内存。
a.bi列表示从块设备读入的数据总量（即读磁盘，单位KB/秒）
b.bo列表示写入到块设备的数据总量（即写磁盘，单位KB/秒）
这里设置的bi+bo参考值为1000，如果超过1000，而且wa值比较大，则表示系统磁盘IO性能瓶颈。
a.in列表示在某一时间间隔中观察到的每秒设备中断数；
b.cs列表示每秒产生的上下文切换次数。
上面这两个值越大，会看到内核消耗的CPU时间就越多。
a.us列显示了用户进程消耗CPU的时间百分比。us的值比较高时，说明用户进程消耗的CPU时间多，如果长期大于50%，需要考虑优化程序啥的。
b.sy列显示了内核进程消耗CPU的时间百分比。sy的值比较高时，就说明内核消耗的CPU时间多；如果us+sy超过80%，就说明CPU的资源存在不足。
c.id列显示了CPU处在空闲状态的时间百分比；
d.wa列表示IO等待所占的CPU时间百分比。wa值越高，说明IO等待越严重。如果wa值超过20%，说明IO等待严重。
e.st列一般不关注，虚拟机占用的时间百分比。 （Linux 2.6.11）
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1.性能分析的目的
1）找出系统性能瓶颈（包括硬件瓶颈和软件瓶颈）；
2）提供性能优化的方案（升级硬件？改进系统系统结构？）；
3）达到合理的硬件和软件配置；
4）使系统资源使用达到最大的平衡。（一般情况下系统良好运行的时候恰恰各项资源达到了一个平衡体，任何一项资源的过渡使用都会造成平衡体系破坏，从而造成系统负载极高或者响应迟缓。比如CPU过渡使用会造成大量进程等待CPU资源，系统响应变慢，等待会造成进程数增加，进程增加又会造成内存使用增加，内存耗尽又会造成虚拟内存使用，使用虚拟内存又会造成磁盘IO增加和CPU开销增加）
2.影响性能的因素
1）CPU（cpu的速度与性能很大一部分决定了系统整体的性能，是否使用SMP）
2）内存（物理内存不够时会使用交换内存，使用swap会带来磁盘I0和cpu的开销）
3）硬盘（存储系统）
a.Raid技术使用（RAID0,
RAID1, RAID5, RAID0+1）
b.小文件读写瓶颈是磁盘的寻址（tps），大文件读写的性能瓶颈是带宽
c.Linux可以利用空闲内存作文件系统访问的cache，因此系统内存越大存储系统的性能也越好
4）网络带宽。
3.性能分析的步骤
1)对资源的使用状况进行长期的监控和数据采集（nagios、cacti）
2）使用常见的性能分析工具（vmstat、top、free、iostat等)
3）经验积累
a.应用程序设计的缺陷和数据库查询的滥用最有可能导致性能问题
b.性能瓶颈可能是因为程序差/内存不足/磁盘瓶颈，但最终表现出的结果就是CPU耗尽，系统负载极高，响应迟缓，甚至暂时失去响应
c.物理内存不够时会使用交换内存，使用swap会带来磁盘I0和cpu的开销
d.可能造成cpu瓶颈的问题：频繁执Perl，php，java程序生成动态web；数据库查询大量的where子句、order
by/group by排序……
e.可能造成内存瓶颈问题：高并发用户访问、系统进程多，java内存泄露……
f.可能造成磁盘IO瓶颈问题：生成cache文件，数据库频繁更新，或者查询大表……
4.vmstat详细介绍
vmstat是一个很全面的性能分析工具，可以观察到系统的进程状态、内存使用、虚拟内存使用、磁盘的IO、中断、上下文切换、CPU使用等。对于
Linux 的性能分析，100%理解 vmstat 输出内容的含义，并能灵活应用，那对系统性能分析的能力就算是基本掌握了。
下面是vmstat命令的输出结果：
# vmstat 1 5
对输出解释如下：
a.r列表示运行和等待CPU时间片的进程数，这个值如果长期大于系统CPU个数，就说明CPU资源不足，可以考虑增加CPU；
b.b列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。
a.swpd列表示切换到内存交换区的内存数量（以KB为单位）。如果swpd的值不为0或者比较大，而且si、so的值长期为0，那么这种情况一般不用担心，不会影响系统性能；
b.free列表示当前空闲的物理内存数量（以KB为单位）；
c.buff列表示buffers
cache的内存数量，一般对块设备的读写才需要缓冲；
d.cache列表示page
cached的内存数量，一般作文件系统的cached，频繁访问的文件都会被cached。如果cached值较大，就说明cached文件数较多。如果此时IO中的bi比较小，就说明文件系统效率比较好。
a.si列表示由磁盘调入内存，也就是内存进入内存交换区的数量；
b.so列表示由内存调入磁盘，也就是内存交换区进入内存的数量
c.一般情况下，si、so的值都为0，如果si、so的值长期不为0，则表示系统内存不足，需要考虑是否增加系统内存。
a.bi列表示从块设备读入的数据总量（即读磁盘，单位KB/秒）
b.bo列表示写入到块设备的数据总量（即写磁盘，单位KB/秒）
这里设置的bi+bo参考值为1000，如果超过1000，而且wa值比较大，则表示系统磁盘IO性能瓶颈。
a.in列表示在某一时间间隔中观察到的每秒设备中断数；
b.cs列表示每秒产生的上下文切换次数。
上面这两个值越大，会看到内核消耗的CPU时间就越多。
a.us列显示了用户进程消耗CPU的时间百分比。us的值比较高时，说明用户进程消耗的CPU时间多，如果长期大于50%，需要考虑优化程序啥的。
b.sy列显示了内核进程消耗CPU的时间百分比。sy的值比较高时，就说明内核消耗的CPU时间多；如果us+sy超过80%，就说明CPU的资源存在不足。
c.id列显示了CPU处在空闲状态的时间百分比；
d.wa列表示IO等待所占的CPU时间百分比。wa值越高，说明IO等待越严重。如果wa值超过20%，说明IO等待严重。
e.st列一般不关注，虚拟机占用的时间百分比。
（Linux 2.6.11）
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分类： LINUX
查看磁盘i/o
rrqm/s: 每秒进行 merge 的读操作数目。即 delta(rmerge)/s
wrqm/s: 每秒进行 merge 的写操作数目。即 delta(wmerge)/s
r/s: 每秒完成的读 I/O 设备次数。即 delta(rio)/s
w/s: 每秒完成的写 I/O 设备次数。即 delta(wio)/s
rsec/s: 每秒读扇区数。即 delta(rsect)/s
wsec/s: 每秒写扇区数。即 delta(wsect)/s
rkB/s: 每秒读K字节数。是 rsect/s 的一半，因为每扇区大小为512字节。(需要计算)
wkB/s: 每秒写K字节数。是 wsect/s 的一半。(需要计算)
avgrq-sz: 平均每次设备I/O操作的数据大小 (扇区)。delta(rsect+wsect)/delta(rio+wio)
avgqu-sz: 平均I/O队列长度。即 delta(aveq)/s/1000 (因为aveq的单位为毫秒)。
await: 平均每次设备I/O操作的等待时间 (毫秒)。即 delta(ruse+wuse)/delta(rio+wio)
svctm: 平均每次设备I/O操作的服务时间 (毫秒)。即 delta(use)/delta(rio+wio)
%util: 一秒中有百分之多少的时间用于 I/O 操作，或者说一秒中有多少时间 I/O 队列是非空的。即 delta(use)/s/1000 (因为use的单位为毫秒)
如果 %util 接近 100%，说明产生的I/O请求太多，I/O系统已经满负荷，该磁盘
可能存在瓶颈。
idle小于70% IO压力就较大了,一般读取速度有较多的wait.
同时可以结合vmstat 查看查看b参数(等待资源的进程数)和wa参数(IO等待所占用的CPU时间的百分比,高过30%时IO压力高)
另外还可以参考
svctm 一般要小于 await (因为同时等待的请求的等待时间被重复计算了)，svctm
的大小一般和磁盘性能有关，CPU/内存的负荷也会对其有影响，请求过多也会间接导致 svctm 的增加。await
的大小一般取决于服务时间(svctm) 以及 I/O 队列的长度和 I/O 请求的发出模式。如果 svctm 比较接近 await，说明
I/O 几乎没有等待时间；如果 await 远大于 svctm，说明 I/O
队列太长，应用得到的响应时间变慢，如果响应时间超过了用户可以容许的范围，这时可以考虑更换更快的磁盘，调整内核 elevator
算法，优化应用，或者升级 CPU。
队列长度(avgqu-sz)也可作为衡量系统 I/O 负荷的指标，但由于 avgqu-sz 是按照单位时间的平均值，所以不能反映瞬间的 I/O 洪水。
在命令行方式下，如何查看CPU、内存的使用情况，网络流量和磁盘I/O？
Q: 在命令行方式下，如何查看CPU、内存的使用情况，网络流量和磁盘I/O？
A: 在命令行方式下，
1. 查看CPU使用情况的命令
“”每5秒刷新一次，最右侧有CPU的占用率的数据
$ vmstat 5
“”top 然后按Shift+P，按照进程处理器占用率排序
　　2. 查看内存使用情况的命令
“”用free命令查看内存占用情况
“”top 然后按Shift+M, 按照进程内存占用率排序
　　3. 查看网络流量
“”可以用工具iptraf工具
$ iptraf -g
“”针对某个Interface的网络流量可以通过比较两个时间网络接口的RX和TX数据来获得
$ ifconfig eth1
$ ifconfig eth1
　　4. 查看磁盘i/o
“”用iostat查看磁盘/dev/sdc3的磁盘i/o情况，每两秒刷新一次
$ iostat -d -x /dev/sdc3 2
“”用vmstat查看io部分的信息
$ vmstat 2
r–>;在运行队列中等待的进程数
b–>;在等待io的进程数
w–>;可以进入运行队列但被替换的进程
swap–>;现时可用的交换内存（k表示）
free–>;空闲的内存（k表示）
re－－》回收的页面
mf－－》非严重错误的页面
pi－－》进入页面数（k表示）
po－－》出页面数（k表示）
fr－－》空余的页面数（k表示）
de－－》提前读入的页面中的未命中数
sr－－》通过时钟算法扫描的页面
disk 显示每秒的磁盘操作。 s表示scsi盘，0表示盘号
fault 显示每秒的中断数
in－－》设备中断
sy－－》系统中断
cy－－》cpu交换
cpu 表示cpu的使用状态
cs－－》用户进程使用的时间
sy－－》系统进程使用的时间
id－－》cpu空闲的时间
如果 r经常大于 4 ，且id经常少于40，表示cpu的负荷很重。
如果pi，po 长期不等于0，表示内存不足。
如果disk 经常不等于0， 且在 b中的队列 大于3， 表示 io性能不好。
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