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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。

二、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)。

三、vmstat详解

1.用法

vmstat [-a] [-n] [-S unit] [delay [ count]]
vmstat [-s] [-n] [-S unit]
vmstat [-m] [-n] [delay [ count]]
vmstat [-d] [-n] [delay [ count]]
vmstat [-p disk partition] [-n] [delay [ count]]
vmstat [-f]
vmstat [-V]

-a:显示活跃和非活跃内存

-f:显示从系统启动至今的fork数量 。

-m:显示slabinfo

-n:只在开始时显示一次各字段名称。

-s:显示内存相关统计信息及多种系统活动数量。

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。

-d:显示磁盘相关统计信息。

-p:显示指定磁盘分区统计信息

-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(1024 bytes)

-V:显示vmstat版本信息。
2.使用说明

例子1:每3秒输出一条结果

字段说明:

Procs(进程):

r: 运行队列中进程数量,这个值也可以判断是否需要增加CPU。(长期大于1)
b: 等待IO的进程数量

Memory(内存):

swpd: 使用虚拟内存大小

注意:如果swpd的值不为0,但是SI,SO的值长期为0,这种情况不会影响系统性能。
free: 空闲物理内存大小
buff: 用作缓冲的内存大小
cache: 用作缓存的内存大小

注意:如果cache的值大的时候,说明cache处的文件数多,如果频繁访问到的文件都能被cache处,那么磁盘的读IO bi会非常小。

Swap:

si: 每秒从交换区写到内存的大小,由磁盘调入内存
so: 每秒写入交换区的内存大小,由内存调入磁盘

注意:内存够用的时候,这2个值都是0,如果这2个值长期大于0时,系统性能会受到影响,磁盘IO和CPU资源都会被消耗。有些朋友看到空闲内存(free)很少的或接近于0时,就认为内存不够用了,不能光看这一点,还要结合si和so,如果free很少,但是si和so也很少(大多时候是0),那么不用担心,系统性能这时不会受到影响的。

IO:(现在的Linux版本块的大小为1kb)

bi: 每秒读取的块数
bo: 每秒写入的块数

注意:随机磁盘读写的时候,这2个值越大(如超出1024k),能看到CPU在IO等待的值也会越大。

系统:

in: 每秒中断数,包括时钟中断。
cs: 每秒上下文切换数。

注意:上面2个值越大,会看到由内核消耗的CPU时间会越大。

CPU(以百分比表示):

us: 用户进程执行时间百分比(user time)

注意: us的值比较高时,说明用户进程消耗的CPU时间多,但是如果长期超50%的使用,那么我们就该考虑优化程序算法或者进行加速。

sy: 内核系统进程执行时间百分比(system time)

注意:sy的值高时,说明系统内核消耗的CPU资源多,这并不是良性表现,我们应该检查原因。

wa: IO等待时间百分比

注意:wa的值高时,说明IO等待比较严重,这可能由于磁盘大量作随机访问造成,也有可能磁盘出现瓶颈(块操作)。

id: 空闲时间百分比

例子2:显示活跃和非活跃内存

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。

字段说明:

Memory(内存):

inact: 非活跃内存大小(当使用-a选项时显示)
active: 活跃的内存大小(当使用-a选项时显示)

总结:

目前说来,对于服务器监控有用处的度量主要有:

r(运行队列)
pi(页导入)
us(用户CPU)
sy(系统CPU)
id(空闲)
注意: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bi,bo 长期不等于0,表示内存不足。

通过VMSTAT识别CPU瓶颈:
r(运行队列)展示了正在执行和等待CPU资源的任务个数。当这个值超过了CPU数目,就会出现CPU瓶颈了。

Linux下查看CPU核心数的命令:
cat /proc/cpuinfo|grep processor|wc -l

当r值超过了CPU个数,就会出现CPU瓶颈,解决办法大体几种:

1. 最简单的就是增加CPU个数和核数
2. 通过调整任务执行时间,如大任务放到系统不繁忙的情况下进行执行,进尔平衡系统任务
3. 调整已有任务的优先级

通过vmstat识别CPU满负荷:

首先需要声明一点的是,vmstat中CPU的度量是百分比的。当us+sy的值接近100的时候,表示CPU正在接近满负荷工作。但要注意的是,CPU 满负荷工作并不能说明什么,Linux总是试图要CPU尽可能的繁忙,使得任务的吞吐量最大化。唯一能够确定CPU瓶颈的还是r(运行队列)的值。

通过vmstat识别RAM瓶颈:

数据库服务器都只有有限的RAM,出现内存争用现象是Oracle的常见问题。

首先用free查看RAM的数量:
[oracle@oracle-db02 ~]$ free
total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:       2074924    2071112       3812          0      40616    1598656
-/+ buffers/cache:     431840    1643084
Swap:      3068404     195804    2872600

当内存的需求大于RAM的数量,服务器启动了虚拟内存机制,通过虚拟内存,可以将RAM段移到SWAP DISK的特殊磁盘段上,这样会 出现虚拟内存的页导出和页导入现象,页导出并不能说明RAM瓶颈,虚拟内存系统经常会对内存段进行页导出,但页导入操作就表明了服务器需要更多的内存了, 页导入需要从SWAP DISK上将内存段复制回RAM,导致服务器速度变慢。

解决的办法有几种:

1. 最简单的,加大RAM;
2. 改小SGA,使得对RAM需求减少;
3. 减少RAM的需求。(如:减少PGA)

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。

1.)如果在processes中运行的序列(process r)是连续的大于在系统中的CPU的个数表示系统现在运行比较慢,有多数的进程等待CPU。

2.)如果r的输出数大于系统中可用CPU个数的4倍的话,则系统面临着CPU短缺的问题,或者是CPU的速率过低,系统中有多数的进程在等待CPU,造成系统中进程运行过慢。

3.)如果空闲时间(cpu id)持续为0并且系统时间(cpu sy)是用户时间的两倍(cpu us)系统则面临着CPU资源的短缺。

解决办法:

当发生以上问题的时候请先调整应用程序对CPU的占用情况.使得应用程序能够更有效的使用CPU.同时可以考虑增加更多的CPU.  关于CPU的使用情况还可以结合mpstat,  ps aux top  prstat –a等等一些相应的命令来综合考虑关于具体的CPU的使用情况,和那些进程在占用大量的CPU时间.一般情况下,应用程序的问题会比较大一些.比如一些sql语句不合理等等都会造成这样的现象.

内存问题现象:

内存的瓶颈是由scan rate (sr)来决定的.scan rate是通过每秒的始终算法来进行页扫描的.如果scan rate(sr)连续的大于每秒200页则表示可能存在内存缺陷.同样的如果page项中的pi和po这两栏表示每秒页面的调入的页数和每秒调出的页数.如果该值经常为非零值,也有可能存在内存的瓶颈,当然,如果个别的时候不为0的话,属于正常的页面调度这个是虚拟内存的主要原理.

解决办法:
1.调节applications & servers使得对内存和cache的使用更加有效.

2.增加系统的内存.

3. Implement priority paging in s in pre solaris 8 versions by adding line “set priority paging=1” in /etc/system. Remove this line if upgrading from Solaris 7 to 8 & retaining old /etc/system file.

关于内存的使用情况还可以结ps aux top  prstat –a等等一些相应的命令来综合考虑关于具体的内存的使用情况,和那些进程在占用大量的内存.一般情况下,如果内存的占用率比较高,但是,CPU的占用很低的时候,可以考虑是有很多的应用程序占用了内存没有释放,但是,并没有占用CPU时间,可以考虑应用程序,对于未占用CPU时间和一些后台的程序,释放内存的占用。

: http://www.ha97.com/4512.html

本文相关评论 - 才 3 条评论
2012-08-09 21:56:36
WordPress 3.3.1 WordPress 3.3.1

[…] 本文转自《http://www.ha97.com/4512.html》与《http://aixecc.blog.51cto.com/3931677/827076》。 […]

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2016-09-20 15:39:03
Google Chrome 45.0.2454.101 Google Chrome 45.0.2454.101 Windows Server 2003 Windows Server 2003

不错!

对应用来说:free + buff+ cache 就是空闲内存吧?

thatsit
2016-11-28 18:59:43
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我该如何确认procs中r字段一个可以容忍的数值呢?
是通过物理CPU的个数么?