linux CPU性能及工作状态查看指令

本博客主要讲解了日常运维过程中，查看系统状态的一些指令mpstat，vmstat，iostat，sar，top

0、准备知识

1> 衡量CPU性能的指标：

<1> 用户使用CPU

CPU运行实时进程
CPU运行niced process
CPU运行常规用户进程

<2> 系统使用CPU

用于I/O管理：中断和驱动
用于内存管理：页面交换
用于进程管理：进程开始和上下文切换

<3> WIO：用于进程等待磁盘I/O而使CPU处于空闲状态的比率。
<4> CPU的空闲率，除了上面的WIO以外的空闲时间
<5> CPU用于上下文交换的比率
<6> nice
<7> real-time
<8> 运行进程队列的长度
<9> 平均负载

2> Linux常用监控CPU整体性能的工具

<1> mpstat： mpstat 不但能查看所有CPU的平均信息，还能查看指定CPU的信息。
<2> vmstat：只能查看所有CPU的平均信息；查看cpu队列信息；
<3> iostat: 只能查看所有CPU的平均信息。
<4> sar：与mpstat 一样，不但能查看CPU的平均信息，还能查看指定CPU的信息。
<5> top：显示的信息同ps接近，但是top可以了解到CPU消耗，可以根据用户指定的时间来更新显示。

1、mpstat指令

mpstat命令：主要用于多CPU 环境下，它显示各个可用CPU的状态。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。

命令格式:
mpstat [ 选项 ] [ <时间间隔> [ <次数> ] ]
选项说明：
[ -A ] 展示所有cpu的状态
[ -I { SUM | CPU | ALL } ] 分三种情况展示 cpu的状态
[ -u ]
[ -P { [,…] | ON | ALL } ] 指定某个cpu，进行展示
[ -V ] 版本信息
参数说明：
实例分析：
[root@kvm ~]# mpstat -u
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 2016年08月02日 x86_64 (2 CPU)

13时28分09秒 CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %idle
13时28分09秒 all 0.03 0.00 0.02 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 99.92
[root@kvm ~]# mpstat -P 0
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 2016年08月02日 x86_64 (2 CPU)

13时28分47秒 CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %idle
13时28分47秒 0 0.03 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 99.95
[root@kvm ~]#
[root@kvm ~]# mpstat -P 1
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 2016年08月02日 x86_64 (2 CPU)

13时28分50秒 CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %idle
13时28分50秒 1 0.03 0.00 0.02 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 99.90

[root@kvm ~]# mpstat -A
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 2016年08月02日 x86_64 (2 CPU)

13时29分11秒 CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %idle
13时29分11秒 all 0.03 0.00 0.02 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 99.92
13时29分11秒 0 0.03 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 99.95
13时29分11秒 1 0.03 0.00 0.02 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 99.90

13时29分11秒 CPU intr/s
13时29分11秒 all 15.60
13时29分11秒 0 1.06
13时29分11秒 1 0.18
字段说明：

2、vmstat指令

命令格式:
vmstat [-V] [-n] （选项） [delay [count]]（参数）
选项说明：

-a：显示活动内页；
-f：显示启动后创建的进程总数；
-m：显示slab信息；
-n：头信息仅显示一次；
-s：以表格方式显示事件计数器和内存状态；
-d：报告磁盘状态；
-p：显示指定的硬盘分区状态；
-S：输出信息的单位。

参数说明：

**事件间隔delay**：状态信息刷新的时间间隔；
**次数count**：显示报告的次数。

实例分析：
[root@kvm ~]# vmstat -n 3 3 (三秒一次，共三次)
props ———–memory———- —swap– —–io—- –system– —–cpu—-
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
0 0 0 1100728 188996 495396 0 0 0 1 8 7 0 0 100 0 0
0 0 0 1100720 188996 495396 0 0 0 0 16 14 0 0 100 0 0
0 0 0 1100720 188996 495396 0 0 0 0 12 11 0 0 100 0 0

[root@kvm ~]# vmstat -S M 3 2 (以M为单位显示，默认为k)
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 1074 184 483 0 0 0 1 8 7 0 0 100 0 0
0 0 0 1074 184 483 0 0 0 0 17 13 0 0 100 0 0

[root@kvm ~]# vmstat -f
94103 forks
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，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，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。

system（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) 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) 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 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

3、iostat指令

iostat命令被用于监视系统输入输出设备和CPU的使用情况。它的特点是汇报磁盘活动统计情况，同时也会汇报出CPU使用情况。同vmstat一样，iostat也有一个弱点，就是它不能对某个进程进行深入分析，仅对系统的整体情况进行分析。

命令格式:
iostat [ 选项 ] [ <时间间隔> [ <次数> ] ]
选项说明：
-c：仅显示CPU使用情况；
-d：仅显示设备利用率；
-k：显示状态以千字节每秒为单位，而不使用块每秒；
-m：显示状态以兆字节每秒为单位；
-p：仅显示块设备和所有被使用的其他分区的状态；
-t：显示每个报告产生时的时间；
-x：显示扩展状态。
参数说明：
间隔时间：每次报告的间隔时间（秒）；
次数：显示报告的次数。
实例分析：
命令：iostat -c 1 1
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 2016/08/02 x86_64 (2 CPU)
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
0.03 0.00 0.02 0.03 0.00 99.92

命令：iostat -x /dev/sda1
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 08/02/2016 x86_64 (4 CPU)
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
0.90 0.00 0.87 0.02 0.00 98.21

Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rsec/s wsec/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util
sda10.33 4.67 0.15 1.39 5.65 48.44 35.23 0.00 1.70 0.38 0.06

命令：iostat -d -m 2 2
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 08/02/2016 x86_64 (4 CPU)
Device: tps MB_read/s MB_wrtn/s MB_read MB_wrtn
sda 28.75 0.04 2.17 1738866 96878990

Device: tps MB_read/s MB_wrtn/s MB_read MB_wrtn
sda 3.00 0.00 0.03 0 0
- 字段说明：

4、sar指令

sar命令是Linux下系统运行状态统计工具，它将指定的操作系统状态计数器显示到标准输出设备。sar工具将对系统当前的状态进行取样，然后通过计算数据和比例来表达系统的当前运行状态。它的特点是可以连续对系统取样，获得大量的取样数据。取样数据和分析的结果都可以存入文件，使用它时消耗的系统资源很小。

命令格式:
sar [ 选项 ] [ <时间间隔> [ <次数> ] ]
选项说明：
[ -A ] [ -b ] [ -B ] [ -C ] [ -d ] [ -h ] [ -m ] [ -p ] [ -q ] [ -r ] [ -R ]
[ -S ] [ -t ] [ -u [ ALL ] ] [ -v ] [ -V ] [ -w ] [ -W ] [ -y ]
[ -I { [,…] | SUM | ALL | XALL } ] [ -P { [,…] | ALL } ]
[ -j { ID | LABEL | PATH | UUID | … } ] [ -n { [,…] | ALL } ]
[ -o [ ] | -f [ ] ] [ –legacy ]
[ -i ] [ -s [ ] ] [ -e [ ] ]

-A：显示所有的报告信息；
-b：显示I/O速率；
-B：显示换页状态；
-c：显示进程创建活动；
-d：显示每个块设备的状态；
-e：设置显示报告的结束时间；
-f：从指定文件提取报告；
-i：设状态信息刷新的间隔时间；
-P：报告每个CPU的状态；
-R：显示内存状态；
-u：显示CPU利用率；
-v：显示索引节点，文件和其他内核表的状态；
-w：显示交换分区状态；
-x：显示给定进程的状态。

主选项和报告：
-b I/O 和传输速率信息状况
-B 分页状况
-d 块设备状况
-I { <中断> | SUM | ALL | XALL }
中断信息状况
-m 电源管理信息状况
-n { <关键词> [,…] | ALL }
网络统计信息
关键词可以是：
DEV 网卡
EDEV 网卡 (错误)
NFS NFS 客户端
NFSD NFS 服务器
SOCK Sockets (套接字) (v4)
IP IP 流 (v4)
EIP IP 流 (v4) (错误)
ICMP ICMP 流 (v4)
EICMP ICMP 流 (v4) (错误)
TCP TCP 流 (v4)
ETCP TCP 流 (v4) (错误)
UDP UDP 流 (v4)
SOCK6 Sockets (套接字) (v6)
IP6 IP 流 (v6)
EIP6 IP 流 (v6) (错误)
ICMP6 ICMP 流 (v6)
EICMP6 ICMP 流 (v6) (错误)
UDP6 UDP 流 (v6)
-q 队列长度和平均负载
-r 内存利用率
-R 内存状况
-S 交换空间利用率
-u [ ALL ]
CPU 利用率
-v Kernel table 状况
-w 任务创建与系统转换统计信息
-W 交换信息
-y TTY 设备状况

参数说明：
间隔时间：每次报告的间隔时间（秒）；
次数：显示报告的次数。
实例分析：

命令：sar -o temp 60 10 //观察系统部件10分钟，并对数据进行排序：

察看内存和交换空间的使用率：

命令：sar -r
09时20分01秒 kbmemfree kbmemused %memused kbbuffers kbcached kbcommit %commit
09时30分01秒 1098232 919236 45.56 191632 495492 356908 17.69
09时40分01秒 1097992 919476 45.58 191744 495484 356908 17.69

命令：sar -u
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (kvm) 2016/08/02日 x86_64 (2 CPU)
00时00分01秒 CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle
00时10分01秒 all 0.03 0.00 0.02 0.04 0.00 99.91
00时20分01秒 all 0.03 0.00 0.02 0.03 0.00 99.92
字段说明：
kbmemfree与kbmemused字段分别显示内存的未使用与已使用空间，后面跟着的是已使用空间的百分比（%memused字段）。kbbuffers与kbcached字段分别显示缓冲区与系统全域的数据存取量，单位为KB。

5、top指令

top命令可以实时动态地查看系统的整体运行情况，是一个综合了多方信息监测系统性能和运行信息的实用工具。通过top命令所提供的互动式界面，用热键可以管理。

命令格式:
top (选项)
选项说明：
-b：以批处理模式操作；
-c：显示完整的治命令；
-d：屏幕刷新间隔时间；
-I：忽略失效过程；
-s：保密模式；
-S：累积模式；
-i<时间>：设置间隔时间；
-u<用户名>：指定用户名；
-p<进程号>：指定进程；
-n<次数>：循环显示的次数。
参数说明：
实例分析：

top - 09:44:56 up 16 days, 21:23, 1 user, load average: 9.59, 4.75, 1.92 Tasks: 145 total, 2 running, 143 sleeping, 0 stopped, 0 zombie Cpu(s): 99.8%us, 0.1%sy, 0.0%ni, 0.2%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.0%si, 0.0%st Mem: 4147888k total, 2493092k used, 1654796k free, 158188k buffers Swap: 5144568k total, 56k used, 5144512k free, 2013180k cached
字段说明：
top - 09:44:56 [当前系统时间],
16 days [系统已经运行了16天],
1 user [个用户当前登录],
load average: 9.59, 4.75, 1.92 [系统负载，即任务队列的平均长度]
Tasks: 145 total[总进程数],
2 running[正在运行的进程数],
143 sleeping[睡眠的进程数],
0 stopped[停止的进程数],
0 zombie[冻结进程数],
Cpu(s): 99.8%us[用户空间占用CPU百分比],
0.0%ni[用户进程空间内改变过优先级的进程占用CPU百分比], 0.2%id[空闲CPU百分比],
0.0%wa[等待输入输出的CPU时间百分比],
0.0%hi[],
Mem: 4147888k total[物理内存总量],
2493092k used[使用的物理内存总量],
1654796k free[空闲内存总量],
158188k buffers[用作内核缓存的内存量]
Swap: 5144568k total[交换区总量],
56k used[使用的交换区总量],
5144512k free[空闲交换区总量],
2013180k cached[缓冲的交换区总量],

6、uptime指令

命令：uptime
　　20:55:40 up 24 days, 3:06, 1 user, load average: 8.13, 5.90, 4.94
　　命令输出的最后内容表示在过去的1、5、15分钟内运行队列中的平均进程数量。
　　一般来说只要每个CPU的当前活动进程数不大于3那么系统的性能就是良好的，如果每个CPU的任务数大于5，那么就表示这台机器的性能有严重问题。对于上面的例子来说，假设系统有两个CPU，那么其每个CPU的当前任务数为：8.13/2=4.065。这表示该系统的性能是可以接受的。
　　

参考文献

［1］http://www.cnblogs.com/xianghang123/archive/2011/08/25/2153591.html
［2］http://man.linuxde.net/vmstat
［3］ http://man.linuxde.net/iostat
［4］ http://man.linuxde.net/mpstat
［5］http://man.linuxde.net/sar
［6］http://man.linuxde.net/top
［7］http://blog.csdn.net/szchtx/article/details/38455385