【Linux】系统之vmstat&iostat

Linux系统出现了性能问题，一般我们可以通过top、iostat、free、vmstat等命令来查看初步定位问题。

iostat常见用法：

$iostat -d -k 1 10 #查看TPS和吞吐量信息
$iostat -d -x -k 1 10 #查看设备使用率（%util）、响应时间（await）
$iostat -c 1 10 #查看cpu状态
参数

-d 表示，显示设备（磁盘）使用状态；
-k某些使用block为单位的列强制使用Kilobytes为单位，同样可以使用-m。
-x获得更多统计信息，如avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util。
-c获取cpu部分状态值。
1 10表示，数据显示每隔1秒刷新一次，共显示10次。

使用iostat 命令查看r/s(读请求),w/s(写请求),avgrq-sz(请求队列平均长度),await(IO等待), svctm(服务毫秒数，不包括排队时间)

r/s ,w/s是每秒读/写请求的次数。

util是设备的利用率。如果它接近100%，通常说明设备能力趋于饱和(并不绝对，比如设备有写缓存，当然如果是多磁盘，即使%util是100%，因为磁盘的并发能力，所以磁盘使用未必就到了瓶颈)。有时候可能会出现大于100%的情况，这多半是计算时四舍五入引起的。
svctm是平均每次请求的服务时间。

await是平均每次请求的等待时间。这个时间包括了队列时间和服务时间，也就是说，一般情况下，await大于svctm，它们的差值越小，队列时间越短，反之差值越大，队列时间越长，说明系统出了问题。

单磁盘：
(r/s+w/s)*(svctm/1000)=util。举例子：如果util达到100%，那么此时 svctm=1000/(r/s+w/s)，假设IOPS是1000，则svctm大概在1毫秒左右，如果长时间大于这个数值，说明系统出了问题。

多磁盘：
计算设备服务的并发请求数：
concurrency = (r/s+w/s)*(svctm/1000)＝(avgqu-sz*svctm)/await
理解:
1.处理完(r+w)/s的时间＝(r+w)/s*(svctm/1000，单位转化为秒)，然后处理单位1s，相当于一秒中处理了这么多的请求，如果结果大于1一定是有并发的，不然怎么处理的过来呢？
2.处理完队列里的请求需要avgqu-sz*svctm毫秒，及实际需要等待的时间，但是只用了await时间等待，所以考虑是否有并发？如果大于1，一定有的。

vmstat常见用法：

vmstat -S M 1 3
-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）

虚拟内存运行原理

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*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)。

字段说明：
Procs（进程）：
r: 运行队列中进程数量，等待CPU的调度
b: 等待IO的进程数量，出于不可中断的休眠（通常意味着等待IO, 例如磁盘／网络／用户输入等）
Memory（内存）：
swpd: 使用虚拟内存大小（多少块被交换到了磁盘）
free: 可用内存大小
buff: 用作缓冲的内存大小（输出）
cache: 用作缓存的内存大小（写入）
Swap：
si: 每秒从交换区写到内存的大小
so: 每秒写入交换区的内存大小
IO：（现在的Linux版本块的大小为1024bytes）
bi: 每秒读取的块数
bo: 每秒写入的块数
系统：
in: 每秒中断数，包括时钟中断。
cs: 每秒上下文切换数。
CPU（以百分比表示）：
us: 用户进程执行时间(user time)
sy: 系统进程执行时间(system time)
id: 空闲时间(包括IO等待时间)
wa: 等待IO时间

一个重要的提示：内存、交换区以及I/O统计的是块数而不是字节。在GNU/Linux，块大小默认是1024字节。

cpu密集型服务器通常在us列会有很高的值，也可能表现在sy列，超过20%就足以令人不安了。
一般不用担心上下文切换，除非每秒超过100 000次或者更多，当操作系统停止一个进程而运行另一个进程时，就会产生上下文切换。如果执行了一个非覆盖扫描索引，就会先从索引中读取元素，然后根据索引再从磁盘上读取页面，如果页面不在操作系统缓存中，就需要从磁盘进行物理读取，将会导致上下文切换中断进程处理，直到I/O完成。
io密集型工作负载下，CPU花费大量时间在等待I/O请求，意味着vmstat会显示很多处理器在不可中断休眠（b列）状态，并且wa这一列的值会很高。