快速診斷Linux性能

當你爲了解決一個性能問題登錄到一臺 Linux 服務器：在第一分鐘你應該檢查些什麼？

通過運行下面十個命令，你就能在六十秒內粗略地瞭解系統正在運行的進程及資源使用情況。通過查看這些命令輸出的錯誤信息和資源飽和度（它們都很容易看懂），你可以接下來對資源進行優化。飽和是指某個資源的負載超出了其能夠處理的限度，一旦出現飽和，它通常會在請求隊列的長度或等待時間上暴露出來。

uptime
dmesg | tail
vmstat 1
mpstat -P ALL 1
pidstat 1
iostat -xz 1
free -m
sar -n DEV 1
sar -n TCP,ETCP 1
top

其中某些命令需要預先安裝 sysstat 軟件包,這些命令展示出來的信息能夠幫你實施 USE 方法（一種用於定位性能瓶頸的方法），比如檢查各種資源（如 CPU、內存、磁盤等）的使用率、飽和度和錯誤信息,另外在定位問題的過程中，你可以通過使用這些命令來排除某些導致問題的可能性，幫助你縮小檢查範圍，爲下一步檢查指明方向,下面的章節將會以在一個生產環境上執行這些命令的形式作爲例子，簡單介紹這些命令,若想詳細瞭解這些工具的使用方法，請參考它們的 man 文檔。

1. uptime

$ uptime
23:51:26 up 21:31, 1 user, load average: 30.02, 26.43, 19.02

這是一種用來快速查看系統平均負載的方法，它表明了系統中有多少要運行的任務（進程）,在 Linux 系統中，這些數字包含了需要在 CPU 中運行的進程以及正在等待 I/O（通常是磁盤 I/O）的進程,它僅僅是對系統負載的一個粗略展示，稍微看下即可,你還需要應用其他工具來進一步瞭解具體情況。
最後的三個數字展示的是一分鐘、五分鐘和十五分鐘內系統的負載總量平均值按照指數比例壓縮得到的結果。我們可以從中看到系統的負載是如何隨時間變化的，在上面這個例子中，系統負載在隨着時間增加，因爲最近一分鐘的負載值超過了 30，而 15 分鐘的平均負載則只有 19，這樣顯著的差距包含了很多含義，比方 CPU 負載。若要進一步確認的話，則要運行 vmstat 或 mpstat 命令，這兩個命令請參考後面的第 3 和第 4 章節。

2. dmesg | tail

$ dmesg | tail[1880957.563150] perl invoked oom-killer: gfp_mask=0x280da, order=0, oom_score_adj=0
[...]
[1880957.563400] Out of memory: Kill process 18694 (perl) score 246 or sacrifice child
[1880957.563408] Killed process 18694 (perl) total-vm:1972392kB, anon-rss:1953348kB, file-rss:0kB
[2320864.954447] TCP: Possible SYN flooding on port 7001. Dropping request. Check SNMP counters.

這條命令顯式了最近的 10 條系統消息，當然前提是它們依然存在，查找能夠導致性能問題的錯誤。
上面的例子包含了 oom-killer，以及 TCP 丟棄一個請求，千萬不要錯過這一步！dmesg 命令永遠值得一試。

3. vmstat 1

$ vmstat 1procs ---------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
34 0 0 200889792 73708 591828 0 0 0 5 6 10 96 1 3 0 0
32 0 0 200889920 73708 591860 0 0 0 592 13284 4282 98 1 1 0 0
32 0 0 200890112 73708 591860 0 0 0 0 9501 2154 99 1 0 0 0
32 0 0 200889568 73712 591856 0 0 0 48 11900 2459 99 0 0 0 0
32 0 0 200890208 73712 591860 0 0 0 0 15898 4840 98 1 1 0 0
^C

vmstat(8) 是虛擬內存統計的簡稱，其是一個常用工具（幾十年前爲了 BSD 所創建），其會在每行末尾打印一條關鍵的服務器的統計摘要，vmstat 命令指定一個參數 1 運行，是要打印每一秒的統計摘要，（例子中的這個版本的 vmstat）輸出的第一行的那些列，顯式的是開機以來的平均值，而不是前一秒的值。
現在，我們跳過第一行，除非你想要了解並記住每一列，檢查這些列：

r：CPU 中正在運行和等待運行的進程的數量，其提供了一個比平均負載更好的信號來確定 CPU 是否飽和，因爲其不包含 I/O，如果“r”的值大於了 CPU 的數量就表示已經飽和了。
free：以 kb 爲單位顯式的空閒內存,如果數字位數很多，說明你有足夠的空閒內存,“free -m” 命令，是下面的第七個命令，其可以更好的說明空閒內存的狀態。
si, so：代表Swap-ins 和 swap-outs,如果它們不是零，則代表你的內存不足了。
us, sy, id, wa, st：這些都是平均了所有 CPU 的 CPU 分解時間，它們分別是用戶時間（user）、系統時間（內核）（system）、空閒（idle）、等待 I/O（wait）、以及佔用時間（stolen）（被其他訪客，或使用 Xen，訪客自己獨立的驅動域）。

CPU 分解時間將會通過用戶時間加系統時間確認 CPU 是否爲忙碌狀態；等待 I/O 的時間一直不變則表明了一個磁盤瓶頸；這就是 CPU 的閒置，因爲任務都阻塞在等待掛起磁盤 I/O 上了，你可以把等待 I/O 當成是 CPU 閒置的另一種形式，其給出了爲什麼 CPU 閒置的一個線索，對於 I/O 處理來說，系統時間是很重要的，一個高於 20% 的平均系統時間，可以值得進一步的探討：也許內核在處理 I/O 時效率太低了。
在上面的例子中，CPU 時間幾乎完全花在了用戶級，表明應用程序佔用了太多 CPU 時間，而 CPU 的平均使用率也在 90% 以上，當然這不一定是一個問題，檢查一下“r”列中的飽和度就能判斷了。

4. mpstat -P ALL 1

$ mpstat -P ALL 1Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx) 07/14/2015 _x86_64_ (32 CPU)

07:38:49 PM CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle
07:38:50 PM all 98.47 0.00 0.75 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.78
07:38:50 PM 0 96.04 0.00 2.97 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.99
07:38:50 PM 1 97.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.00
07:38:50 PM 2 98.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00
07:38:50 PM 3 96.97 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.03
[...]

這個命令打印每個 CPU 的 CPU 分解時間，其可用於對一個不均衡的使用情況進行檢查，一個單獨 CPU 很忙碌則代表了正在運行一個單線程的應用程序。

5. pidstat 1

$ pidstat 1Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx) 07/14/2015 _x86_64_ (32 CPU)

07:41:02 PM UID PID %usr %system %guest %CPU CPU Command
07:41:03 PM 0 9 0.00 0.94 0.00 0.94 1 rcuos/0
07:41:03 PM 0 4214 5.66 5.66 0.00 11.32 15 mesos-slave
07:41:03 PM 0 4354 0.94 0.94 0.00 1.89 8 java
07:41:03 PM 0 6521 1596.23 1.89 0.00 1598.11 27 java
07:41:03 PM 0 6564 1571.70 7.55 0.00 1579.25 28 java
07:41:03 PM 60004 60154 0.94 4.72 0.00 5.66 9 pidstat

07:41:03 PM UID PID %usr %system %guest %CPU CPU Command
07:41:04 PM 0 4214 6.00 2.00 0.00 8.00 15 mesos-slave
07:41:04 PM 0 6521 1590.00 1.00 0.00 1591.00 27 java
07:41:04 PM 0 6564 1573.00 10.00 0.00 1583.00 28 java
07:41:04 PM 108 6718 1.00 0.00 0.00 1.00 0 snmp-pass
07:41:04 PM 60004 60154 1.00 4.00 0.00 5.00 9 pidstat
^C

pidstat 命令有點像 top 命令對每個進程的統計摘要，但循環打印一個滾動的統計摘要來代替 top 的刷屏，其可用於實時查看，同時也可將你所看到的東西（複製粘貼）到你的調查記錄中。
上面的例子表明兩個 Java 進程正在消耗 CPU。%CPU 這列是所有 CPU 合計的；1591% 表示這個 Java 進程消耗了將近 16 個 CPU。

6. iostat -xz 1

$ iostat -xz 1Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx) 07/14/2015 _x86_64_ (32 CPU)

avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
73.96 0.00 3.73 0.03 0.06 22.21

Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
xvda 0.00 0.23 0.21 0.18 4.52 2.08 34.37 0.00 9.98 13.80 5.42 2.44 0.09
xvdb 0.01 0.00 1.02 8.94 127.97 598.53 145.79 0.00 0.43 1.78 0.28 0.25 0.25
xvdc 0.01 0.00 1.02 8.86 127.79 595.94 146.50 0.00 0.45 1.82 0.30 0.27 0.26
dm-0 0.00 0.00 0.69 2.32 10.47 31.69 28.01 0.01 3.23 0.71 3.98 0.13 0.04
dm-1 0.00 0.00 0.00 0.94 0.01 3.78 8.00 0.33 345.84 0.04 346.81 0.01 0.00
dm-2 0.00 0.00 0.09 0.07 1.35 0.36 22.50 0.00 2.55 0.23 5.62 1.78 0.03
[...]
^C

無論是對工作負載還是性能表現來說，這都是一個很棒的用於查看塊設備（磁盤）情況的工具。
查看個列：

r/s, w/s, rkB/s, wkB/s：這些分別代表該設備每秒的讀次數、寫次數、讀取 kb 數，和寫入 kb 數，這些數值用於描述工作負載情況，性能遲滯問題則可能僅僅是由於施加了過大的負載。
await：表示以毫秒爲單位的 I/O 平均消耗時間，這是應用程序消耗的實際時間，因爲它包括了排隊時間和處理時間，比預期耗用了更多的平均時間就可能意味着設備的飽和，或設備出了問題。
avgqu-sz：向設備發出的請求的平均數量，該值大於 1 說明已經飽和了（雖說設備可以並行處理請求，尤其是由多個磁盤組成的虛擬設備。）
%util：設備利用率，這個值是一個顯示出該設備在工作時每秒處於忙碌狀態的百分比，雖然它取決於設備本身物理性能，若值大於 60％，通常表明性能不佳（可以從 await 中看出），當值接近 100% 通常意味着已飽和。

如果該存儲設備是一個面向很多後端磁盤的邏輯磁盤設備，則 100% 利用率可能只是意味着當前正在處理某些 I/O 佔用，然而，後端磁盤可能遠未飽和，並且可能能夠處理更多的工作，請記住，磁盤 I/O 性能較差不一定是程序的問題，許多技術通常是異步 I/O，使應用程序不會被阻塞並遭受延遲（例如，預讀，以及寫緩衝）。

7. free -m

$ free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 245998 24545 221453 83 59 541
-/+ buffers/cache: 23944 222053
Swap: 0 0 0

右邊的兩列顯式：

buffers：用於塊設備 I/O 的緩衝區緩存。
cached：用於文件系統的頁面緩存。

我們只是想要檢查這些不接近零的大小，其可能會導致更高磁盤 I/O（使用 iostat 確認），和更糟糕的性能，上面的例子看起來還不錯，每一列均有很多 M 個大小，比起第一行，-/+ buffers/cache 提供的內存使用量會更加準確些，Linux 會把暫時用不上的內存用作緩存，一旦應用需要的時候就立刻重新分配給它，所以部分被用作緩存的內存其實也算是空閒的內存，爲了解釋這一點， 甚至有人專門建了個網站： linuxatemyram，您如果還是不理解的話，可以去“充充電”。如果你在 Linux 上安裝了 ZFS，這一點會變得更加困惑，因爲 ZFS 它自己的文件系統緩存不算入free -m，有時候發現系統已經沒有多少空閒內存可用了，其實內存卻都待在 ZFS 的緩存裏。

8. sar -n DEV 1

$ sar -n DEV 1Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx) 07/14/2015 _x86_64_ (32 CPU)

12:16:48 AM IFACE rxpck/s txpck/s rxkB/s txkB/s rxcmp/s txcmp/s rxmcst/s %ifutil
12:16:49 AM eth0 18763.00 5032.00 20686.42 478.30 0.00 0.00 0.00 0.00
12:16:49 AM lo 14.00 14.00 1.36 1.36 0.00 0.00 0.00 0.00
12:16:49 AM docker0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

12:16:49 AM IFACE rxpck/s txpck/s rxkB/s txkB/s rxcmp/s txcmp/s rxmcst/s %ifutil
12:16:50 AM eth0 19763.00 5101.00 21999.10 482.56 0.00 0.00 0.00 0.00
12:16:50 AM lo 20.00 20.00 3.25 3.25 0.00 0.00 0.00 0.00
12:16:50 AM docker0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
^C

這個工具可以被用來檢查網絡接口的吞吐量：rxkB/s 和 txkB/s，以及是否達到限額，上面的例子中，eth0 接收的流量達到 22Mbytes/s，也即 176Mbits/sec（限額是 1Gbit/sec），我們所用的命令版本中還提供了 %ifutil 作爲設備使用率（接收和發送的最大值）的指標，我們也可以用 Brendan 的 nicstat 工具計量這個值，一如 nicstat，sar 顯示的這個值是很難精確取得的，在這個例子裏面，它就沒在正常的工作（顯示0.00）。

9. sar -n TCP,ETCP 1

$ sar -n TCP,ETCP 1Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx) 07/14/2015 _x86_64_ (32 CPU)

12:17:19 AM active/s passive/s iseg/s oseg/s
12:17:20 AM 1.00 0.00 10233.00 18846.00

12:17:19 AM atmptf/s estres/s retrans/s isegerr/s orsts/s
12:17:20 AM 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

12:17:20 AM active/s passive/s iseg/s oseg/s
12:17:21 AM 1.00 0.00 8359.00 6039.00

12:17:20 AM atmptf/s estres/s retrans/s isegerr/s orsts/s
12:17:21 AM 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
^C

這是一些關鍵的 TCP 指標的彙總視圖，這些包括：

active/s：每秒本地發起 TCP 連接數（例如，通過 connect()）。
passive/s：每秒遠程發起的 TCP 連接數（例如，通過 accept()）。
retrans/s：每秒重傳 TCP 次數。

active 和 passive 的連接數往往對於描述一個粗略衡量服務器負載是非常有用的：新接受的連接數（passive），下行連接數（active），也可以理解爲 active 連接是對外的，而 passive 連接是對內的，雖然嚴格來說並不完全正確（例如，一個 localhost 到 localhost 的連接），重傳是出現一個網絡和服務器問題的一個徵兆，其可能是由於一個不可靠的網絡（例如，公網）造成的，或許也有可能是由於服務器過載並丟包。上面的例子顯示了每秒只有一個新的 TCP 連接。

10. top

$ toptop - 00:15:40 up 21:56, 1 user, load average: 31.09, 29.87, 29.92
Tasks: 871 total, 1 running, 868 sleeping, 0 stopped, 2 zombie
%Cpu(s): 96.8 us, 0.4 sy, 0.0 ni, 2.7 id, 0.1 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
KiB Mem: 25190241+total, 24921688 used, 22698073+free, 60448 buffers
KiB Swap: 0 total, 0 used, 0 free. 554208 cached Mem

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
20248 root 20 0 0.227t 0.012t 18748 S 3090 5.2 29812:58 java
4213 root 20 0 2722544 64640 44232 S 23.5 0.0 233:35.37 mesos-slave
66128 titancl+ 20 0 24344 2332 1172 R 1.0 0.0 0:00.07 top
5235 root 20 0 38.227g 547004 49996 S 0.7 0.2 2:02.74 java
4299 root 20 0 20.015g 2.682g 16836 S 0.3 1.1 33:14.42 java
1 root 20 0 33620 2920 1496 S 0.0 0.0 0:03.82 init
2 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.02 kthreadd
3 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:05.35 ksoftirqd/0
5 root 0 -20 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 kworker/0:0H
6 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:06.94 kworker/u256:0
8 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 2:38.05 rcu_sched

top 命令包含了很多我們之前已經檢查過的指標，我們可以觀察到命令輸出的結果每時每刻都有很大不同，這表明負載是可變的，top 的一個缺點是，很難看到數據隨時間變動的趨勢，而vmstat 和 pidstat則能提供滾動輸出，這樣顯得更清楚一些，同樣的，如果你不以足夠快的速度暫停輸出以上信息（Ctrl-S 暫停，Ctrl-Q 繼續），一些間歇性問題的線索就可能由於被清屏而丟失。

參考文獻：http://www.oschina.net/translate/linux-performance-analysis-in-60s    

     

文章轉自： http://www.linuxprobe.com/rapid-diagnostic-linux-performance/

文章