练习 28：性能：获取性能情况，uptime，free，top

原文：Exercise 28. Performance: getting performance stats, uptime, free, top

译者：飞龙

协议：CC BY-NC-SA 4.0

自豪地采用谷歌翻译

这个练习很简单。首先，我们需要什么样的性能数据？

  • CPU 使用情况：
    • 它的负载如何？
    • 哪些进程正在使用它？
  • 内存使用情况：
    • 使用了多少内存？
    • 多少内存是空闲的？
    • 多少内存用于缓存？
    • 哪些进程消耗了它？
  • 磁盘使用情况：
    • 执行多少输入/输出操作？
    • 由哪个进程？
  • 网络使用情况：
    • 传输了多少数据？
    • 由哪个进程？
  • 进程情况：
    • 有多少进程？
    • 他们在做什么 工作，还是等待什么？
    • 如果在等待什么，它是什么呢？CPU，磁盘，网络？

为了获取这些情况，我们可以使用以下工具：

  • uptime - 系统运行了多长时间。
  • free - 显示系统中可用和使用的内存量。
  • vmstat - 进程，内存，分页，块 IO，陷阱，磁盘和 cpu 活动的信息。
  • top - 实时显示 Linux 任务。

我们来看看这个程序及其输出。

uptime的输出：

  1. user1@vm1:~$ uptime
  2. #(1)      (2)                (3)                    (4)   (5)   (6)
  3.  03:13:58 up 4 days, 22:45,  1 user,  load average: 0.00, 0.00, 0.00

字段和描述：

字段 描述
（1） 当前时间。
（2） 正常运行时间（启动后的时间）。
（3） 目前有多少用户登录。
（4） 过去 1 分钟的 CPU 负载。这不是规范化的，所以负载均值为 1 意味着单个 CPU 的满负载，但是在 4 个 CPU 的系统上，这意味着它有 75% 空闲时间。
（5） 过去 5 分钟的 CPU 负载。
（6） 过去 15 分钟的 CPU 负载。

free的输出：

  1. user1@vm1:~$ free -mt
  2. #            (1)         (2)        (3)         (4)        (5)        (6)
  3.              total       used       free     shared    buffers     cached
  4. Mem:           496        267        229          0         27        196
  5. #                         (7)        (8)
  6. -/+ buffers/cache:         43        453
  7. # 9
  8. Swap:          461          0        461
  9. # 10
  10. Total:         958        267        691

字段和描述：

字段 描述
（1） 物理内存总量。
（2） 使用的物理内存总量。
（3） 空闲的物理内存总量。
（4） 共享内存列应该被忽略；它已经过时了。
（5） 专用于缓存磁盘块的 RAM 和文件系统元数据总量。
（6） 专用于从文件读取的页面的 RAM 总量。
（7） 物理内存总量，不包括缓冲区和缓存，（2）-（5）-（6）
（8） 空闲的物理内存总量，包括空闲的缓冲区和缓存，（1）-（7）
（9） 交换文件使用信息。
（10） 总内存使用信息，包括交换内存

vmstat输出：

  1. user1@vm1:~$ vmstat -S M
  2. procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
  3. #(1,2)  (3)    (4)    (5)   (6)    (7)   (8)   (9)  (10) (11) (12,13,14,15,16)
  4.  r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa
  5.  0  0      0    229     27    196    0    0     0     0   11    6  0  0 100  0
  7. user1@vm1:~$ vmstat -S M -a
  8. #                    (17)    (18)
  9. procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
  10.  r  b   swpd   free  inact active   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa
  11.  0  0      0     11    434     19    0    0    24     2   11    6  0  0 100  0
  13. user1@vm1:~$ vmstat -d
  14. #19    (20)    (21)    (22)    (23)  (24)    (25)    (26)    (27)   (28)    (29)
  15. disk- ------------reads------------ ------------writes----------- -----IO------
  16.        total merged sectors      ms  total merged sectors      ms    cur    sec
  17. sda    11706    353  402980   17612   9303  40546  336358   46980      0     19
  18. sr0        0      0       0       0      0      0       0       0      0      0
  19. loop0      0      0       0       0      0      0       0       0      0      0
  21. user1@vm1:~$ vmstat -m | head
  22. #(30)                       (31)  (32)   (33)   (34)
  23. Cache                       Num  Total   Size  Pages
  24. ext3_inode_cache          13700  13700    808     10
  25. ext3_xattr                    0      0     88     46
  26. journal_handle              170    170     24    170
  27. journal_head                 37     72    112     36
  28. revoke_table                256    256     16    256
  29. revoke_record               128    128     32    128
  30. kmalloc_dma-512               8      8    512      8
  31. ip6_dst_cache                16     24    320     12
  32. UDPLITEv6                     0      0   1024      8

字段和描述：

模式 情况 字段 描述
虚拟内存 进程 （1） r：等待运行的进程数。
（2） b：不间断睡眠中的进程数。
内存 （3） swpd：使用的虚拟内存量。
（4） free：空闲内存量。
（5） buff：用作缓冲区的内存量。
（6） cache：用作缓存的内存量。
（17） inact：非活动内存量。
（18） active：活动内存量。
交换 （7） si：从磁盘换入的内存量（/秒）。
（8） so：换出到磁盘的内存量（/秒）。
I/O （9） bi：从设备接收的块（块/秒）。
（10） bo：发送到设备的块（块/秒）。
系统 （11） in：每秒中断的次数，包括时钟。
（12） cs：每秒上下文切换的数量。
CPU （13） us：运行非内核代码的时间。（用户时间，包括优先的时间）
（14） sy：运行内核代码的时间。（系统时间）
（15） id：闲置时间。在 Linux 2.5.41 之前，这包括 IO 等待时间。
（16） wa：IO 等待时间。在 Linux 2.5.41 之前，包含在闲置时间中。
磁盘，-d 设备 （19） 设备名称
读 （20） total：成功完成的总读取数
（21） merge：分组的读取数（生成一个 I/O）
（22） sectors：成功读取的分区
（23） ms：用于读取的毫秒
写 （24） total：成功完成的总写入数
（25） merge：分组的写入数（生成一个 I/O）
（26） sectors：成功写入的分区
（27） ms：用于写入的毫秒
I/O （28） cur：正在进行中的 I/O
（29） s：用于 I/O 的秒数
Slab，-m Slab （30） 缓存：缓存名称
（31） num：当前活动对象的数量
（32） total：可用对象的总数
（33） size：每个对象的大小
（34） page：具有至少一个活动对象的页数

top的输出：

  1. #     (1)      (2)                (3)      (4)
  2. top - 03:22:44 up 4 days, 22:54,  1 user,  load average: 0.00, 0.00, 0.00
  3. #        (5)         (6)         (7)            (8)          (9)
  4. Tasks:  63 total,   1 running,  62 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
  5. #        (10)     (11)     (12)    (13)      (14)     (15)     (16)     (17)
  6. Cpu(s):  0.0%us,  1.1%sy,  0.0%ni, 98.9%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
  7. #                (18)            (19)            (20)            (21)
  8. Mem:    508820k total,   273792k used,   235028k free,    27844k buffers
  9. #                (22)            (23)            (24)            (25)
  10. Swap:   473080k total,        0k used,   473080k free,   201252k cached
  12. #(26) (27)     (28)(29) (30) (31) (32,33) (34)(35)      (36) (37)
  13.   PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
  14.     1 root      20   0  8356  804  676 S  0.0  0.2   0:05.99 init
  15.     2 root      20   0     0    0    0 S  0.0  0.0   0:00.00 kthreadd
  16.     3 root      RT   0     0    0    0 S  0.0  0.0   0:00.00 migration/0
  17.     4 root      20   0     0    0    0 S  0.0  0.0   0:00.06 ksoftirqd/0
  18.     5 root      RT   0     0    0    0 S  0.0  0.0   0:00.00 watchdog/0
  19.     6 root      20   0     0    0    0 S  0.0  0.0   0:03.25 events/0
  20.     7 root      20   0     0    0    0 S  0.0  0.0   0:00.00 cpuset
  21. <...>

字段和输出：

部分 字段 描述
正常运行时间 （1） 当前时间。
（2） 正常运行时间（启动后的时间）。
（3） 目前有多少用户登录。
（4） 过去 1，5 和 15 分钟内的 CPU 负载。这不是规范化的，所以负载均值为 1 意味着单个 CPU 的满负载，但是在 4 个 CPU 的系统上，这意味着它有 75% 空闲时间。
任务 （5） 运行进程总数。
（6） 当前正在执行的进程数。
（7） 当前正在睡眠的进程数。
（8） 被停止的进程数（例如使用CTRL + Z）。
（9） 已经停止（“僵尸”）的进程数量，已终止，但未由其父进程回收。
CPU（S） （10） CPU 运行不优先的用户进程的时间。
（11） CPU 运行内核及其进程的时间。
（12） CPU 运行优先的用户进程的时间。
（13） CPU 花费的空闲时间。
（14） CPU 等待 I/O 完成的时间。
（15） CPU 维护硬件中断的时间。
（16） CPU 维护软件中断的时间。
（17） 由管理程序从这个虚拟机“偷走”的 CPU 总量，用于其他任务（例如启动另一个虚拟机）。
内存/交换 （18） 物理内存总量。
（19） 使用的物理内存总量。
（20） 完全空闲的物理内存。
（21） 专用于缓存磁盘块的 RAM 和文件系统元数据总量。
（22,23,24） 总，使用和空闲交换内存。
（25） 专用于从文件读取的页面的 RAM 总量。
进程 （26） 任务的唯一进程 ID，它定期地包装，尽管从未重新启动。
（27） 任务所有者的有效用户名。
（28） 任务的优先级。
（29） 任务的优先值。负的优先值表示更高的优先级，而正的优先值表示较低的优先级。在这个字段中的零只是代表在确定任务的调度时不会调整优先级。
（30） 任务使用的虚拟内存总量。它包括所有代码，数据和共享库，以及已经被替换的页面。以及已被映射但未被使用的页面。
（31） 任务已使用的未交换的物理内存。
（32） 任务使用的共享内存量。它只是反映可能与其他进程共享的内存。
（33） 任务的状态可以是以下之一：D=不间断睡眠，R=运行，S=睡眠，T=跟踪或停止，Z=僵尸。
（34） 自上次屏幕更新以来，所经过的 CPU 时间的任务份额，以 CPU 时间总数的百分比表示。
（35） 任务当前使用的可用物理内存的份额。
（36） CPU 时间，单位是百分之一秒，与TIME相同，但通过百分之一秒反映更大的粒度。
（37） 命令 - 命令行或程序名称

你可能会看到很多字段。许多字段都存在于多个工具中，这些工具有些冗余的功能。通常情况下，你只需要这个字段的一小部分，但你需要知道，系统性能的许多信息（实际上还有更多）可用于你，因为有时候会出现一个模糊的问题，并且为了能够解决它，需要知道如何读取这些数据。

现在，你将学习如何使用系统性能工具。

这样做

  1.  1: uptime
  2.  2: free
  3.  3: vmstat
  4.  4: ( sleep 5 && dd if=/dev/urandom of=/dev/null bs=1M count=30 && sleep 5 && killall vmstat )& vmstat 1
  5.  5: uptime
  6.  6: ( sleep 5 && dd if=/dev/zero of=test.img bs=32 count=$((32*1024*200)) && sleep 5 && killall vmstat )& vmstat -nd 1 | egrep -v 'loop|sr0'
  7.  7: echo 3 | sudo tee /proc/sys/vm/drop_caches
  8.  8: free -mt ; find / >/dev/null 2>&1 ; free -mt
  9.  9: echo 3 | sudo tee /proc/sys/vm/drop_caches
  10. 10: cat test.img /dev/null ; free -mt

你会看到什么

  1. user1@vm1:~$ uptime
  2.  05:36:45 up 6 days,  1:08,  1 user,  load average: 0.00, 0.00, 0.00
  3. user1@vm1:~$ free
  4.              total       used       free     shared    buffers     cached
  5. Mem:        508820     239992     268828          0        820     213720
  6. -/+ buffers/cache:      25452     483368
  7. Swap:       473080          0     473080
  8. user1@vm1:~$ vmstat
  9. procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
  10.  r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa
  11.  0  0      0 268828    820 213720    0    0    21    10   14   11  0  0 100  0
  12. user1@vm1:~$ ( sleep 5 && dd if=/dev/urandom of=/dev/null bs=1M count=30 && sleep 5 && killall vmstat )& vmstat 1
  13. [1] 6078
  14. procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
  15.  r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa
  16.  1  1      0 268556    828 213736    0    0    21    10   14   11  0  0 100  0
  17.  0  0      0 268556    828 213772    0    0    16     0   19   10  0  0 100  0
  18.  0  0      0 268556    828 213772    0    0     0     0   13    8  0  0 100  0
  19.  0  0      0 268556    828 213772    0    0     0     0   15   11  0  0 100  0
  20.  0  0      0 268556    828 213772    0    0     0     0   14   10  0  0 100  0
  21.  0  0      0 268556    828 213772    0    0     0     0   18   13  0  0 100  0
  22.  1  0      0 267316    836 213844    0    0    74     0  267   26  0 99  1  0
  23.  1  0      0 267316    836 213844    0    0     0     0  303    7  0 100  0  0
  24.  1  0      0 267316    836 213844    0    0     0     0  271   11  0 100  0  0
  25.  1  0      0 267316    836 213844    0    0     0     0  257   12  0 100  0  0
  26. 30+0 records in
  27. 30+0 records out
  28. 31457280 bytes (31 MB) copied, 4.95038 s, 6.4 MB/s
  29.  0  0      0 267928    860 213860    0    0    27     0  265   29  1 97  2  0
  30.  0  0      0 267936    860 213848    0    0     0     0   15    9  0  0 100  0
  31.  0  0      0 267936    860 213848    0    0     0     0   14    7  0  0 100  0
  32.  0  0      0 267936    860 213848    0    0     0     0   14    7  0  0 100  0
  33.  0  0      0 267936    860 213848    0    0     0     0   13   11  0  0 100  0
  34. Terminated
  35. user1@vm1:~$ uptime
  36.  05:22:15 up 6 days, 54 min,  1 user,  load average: 0.07, 0.02, 0.00
  37. [1]+  Done                    ( sleep 5 && dd if=/dev/urandom of=/dev/null bs=1M count=30 && sleep 5 && killall vmstat )
  38. user1@vm1:~$ uptime
  39.  05:22:22 up 6 days, 54 min,  1 user,  load average: 0.06, 0.02, 0.00
  40. user1@vm1:~$ ( sleep 5 && dd if=/dev/zero of=test.img bs=32 count=$((32*1024*200)) && sleep 5 && killall vmstat )& vmstat -nd 1 | egrep -v 'loop|sr0'
  41. [1] 6086
  42. disk- ------------reads------------ ------------writes----------- -----IO------
  43.        total merged sectors      ms  total merged sectors      ms    cur    sec
  44. sda   146985 2230744 21821320  105848  32190 1343154 10927338 1330144      0    105
  45. sda   146995 2230744 21821648  105848  32190 1343154 10927338 1330144      0    105
  46. sda   146995 2230744 21821648  105848  32190 1343154 10927338 1330144      0    105
  47. sda   146995 2230744 21821648  105848  32190 1343154 10927338 1330144      0    105
  48. sda   146995 2230744 21821648  105848  32190 1343154 10927338 1330144      0    105
  49. sda   146995 2230744 21821648  105848  32190 1343154 10927338 1330144      0    105
  50. sda   146999 2230744 21821680  105856  32190 1343154 10927338 1330144      0    105
  51. sda   146999 2230744 21821680  105856  32190 1343154 10927338 1330144      0    105
  52. sda   147000 2230744 21821688  105856  32208 1344160 10935530 1330288      0    105
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  57. sda   147001 2230744 21821696  105856  32471 1366301 11114762 1337348      0    105
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  68. sda   147001 2230744 21821696  105856  32762 1393910 11337962 1349192      0    105
  69. user1@vm1:~$ echo 3 | sudo tee /proc/sys/vm/drop_caches
  70. 3
  71. [1]+  Done                    ( sleep 5 && dd if=/dev/zero of=test.img bs=32 count=$((32*1024*200)) && sleep 5 && killall vmstat )
  72. user1@vm1:~$ free -mt ; find / >/dev/null 2>&1 ; free -mt
  73.              total       used       free     shared    buffers     cached
  74. Mem:           496         30        466          0          0          5
  75. -/+ buffers/cache:         24        472
  76. Swap:          461          0        461
  77. Total:         958         30        928
  78.              total       used       free     shared    buffers     cached
  79. Mem:           496         64        432          0         22          6
  80. -/+ buffers/cache:         35        461
  81. Swap:          461          0        461
  82. Total:         958         64        894
  83. user1@vm1:~$ echo 3 | sudo tee /proc/sys/vm/drop_caches
  84. 3
  85. user1@vm1:~$ cat test.img /dev/null ; free -mt
  86.              total       used       free     shared    buffers     cached
  87. Mem:           496        230        265          0          0        205
  88. -/+ buffers/cache:         24        471
  89. Swap:          461          0        461
  90. Total:         958        230        727
  91. user1@vm1:~$

解释

  1. 打印当前的正常运行时间。
  2. 打印出可用内存信息。
  3. 这个很有趣，最好认为是一种实验。首先，我们在后台启动( sleep 5 && dd if=/dev/urandom of=/dev/null bs=1M count=30 && sleep 5 && killall vmstat )&，之后我们 以连续模式启动vmstat，所以它将打印出其信息直到中断。我们可以看到，在这个命令启动 5 秒钟后，CPU 负载显着增加了一段时间，然后减少，另外 5 秒钟后vmstat被杀死。
  4. 打印当前的正常运行时间。注意负载平均值的变化。
  5. 这是另一个实验，几乎和以前一样，但这次用磁盘写入。
  6. 删除所有缓存和缓冲区。
  7. 另一个实验。我们想看看读取系统中的所有文件和目录名称，会如何影响内存中的文件系统缓存，并且我们可以看到它被缓存在缓冲区中，这是有理论根据的。
  8. 再次删除所有缓存和缓冲区。
  9. 这次我们想看看，文件读取如何影响内存中的文件系统缓存。我们可以看到读取的文件被缓存在缓存部分，来增加后续访问的时间。

附加题

  • 为什么在我们的第一个实验中，不是user，而是system CPU 使用率上升到 100？
  • 这是什么意思？dd if=/dev/zero of=test.img bs=32 count=$( (32*1024*200) )。
  • 启动top，并按下h。现在尝试按照 CPU，内存和 PID 对其输出进行排序。