练习 28：性能：获取性能情况，`uptime`，`free`，`top`
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2023-12-01
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：
user1@vm1:~$ uptime
#(1) (2) (3) (4) (5) (6)
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：
user1@vm1:~$ free -mt
# (1) (2) (3) (4) (5) (6)
total used free shared buffers cached
Mem: 496 267 229 0 27 196
# (7) (8)
-/+ buffers/cache: 43 453
# 9
Swap: 461 0 461
# 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：
user1@vm1:~$ vmstat -S M
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
#(1,2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12,13,14,15,16)
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
0 0 0 229 27 196 0 0 0 0 11 6 0 0 100 0
user1@vm1:~$ vmstat -S M -a
# (17) (18)
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
r b swpd free inact active si so bi bo in cs us sy id wa
0 0 0 11 434 19 0 0 24 2 11 6 0 0 100 0
user1@vm1:~$ vmstat -d
#19 (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29)
disk- ------------reads------------ ------------writes----------- -----IO------
total merged sectors ms total merged sectors ms cur sec
sda 11706 353 402980 17612 9303 40546 336358 46980 0 19
sr0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
loop0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
user1@vm1:~$ vmstat -m | head
#(30) (31) (32) (33) (34)
Cache Num Total Size Pages
ext3_inode_cache 13700 13700 808 10
ext3_xattr 0 0 88 46
journal_handle 170 170 24 170
journal_head 37 72 112 36
revoke_table 256 256 16 256
revoke_record 128 128 32 128
kmalloc_dma-512 8 8 512 8
ip6_dst_cache 16 24 320 12
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) (2) (3) (4)
top - 03:22:44 up 4 days, 22:54, 1 user, load average: 0.00, 0.00, 0.00
# (5) (6) (7) (8) (9)
Tasks: 63 total, 1 running, 62 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
# (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17)
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
# (18) (19) (20) (21)
Mem: 508820k total, 273792k used, 235028k free, 27844k buffers
# (22) (23) (24) (25)
Swap: 473080k total, 0k used, 473080k free, 201252k cached
#(26) (27) (28)(29) (30) (31) (32,33) (34)(35) (36) (37)
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
1 root 20 0 8356 804 676 S 0.0 0.2 0:05.99 init
2 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 kthreadd
3 root RT 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 migration/0
4 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.06 ksoftirqd/0
5 root RT 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 watchdog/0
6 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:03.25 events/0
7 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 cpuset
<...>
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: uptime
2: free
3: vmstat
4: ( sleep 5 && dd if=/dev/urandom of=/dev/null bs=1M count=30 && sleep 5 && killall vmstat )& vmstat 1
5: uptime
6: ( sleep 5 && dd if=/dev/zero of=test.img bs=32 count=$((32*1024*200)) && sleep 5 && killall vmstat )& vmstat -nd 1 | egrep -v 'loop|sr0'
7: echo 3 | sudo tee /proc/sys/vm/drop_caches
8: free -mt ; find / >/dev/null 2>&1 ; free -mt
9: echo 3 | sudo tee /proc/sys/vm/drop_caches
10: cat test.img /dev/null ; free -mt
你会看到什么
user1@vm1:~$ uptime
05:36:45 up 6 days, 1:08, 1 user, load average: 0.00, 0.00, 0.00
user1@vm1:~$ free
total used free shared buffers cached
Mem: 508820 239992 268828 0 820 213720
-/+ buffers/cache: 25452 483368
Swap: 473080 0 473080
user1@vm1:~$ vmstat
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
0 0 0 268828 820 213720 0 0 21 10 14 11 0 0 100 0
user1@vm1:~$ ( sleep 5 && dd if=/dev/urandom of=/dev/null bs=1M count=30 && sleep 5 && killall vmstat )& vmstat 1
[1] 6078
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
1 1 0 268556 828 213736 0 0 21 10 14 11 0 0 100 0
0 0 0 268556 828 213772 0 0 16 0 19 10 0 0 100 0
0 0 0 268556 828 213772 0 0 0 0 13 8 0 0 100 0
0 0 0 268556 828 213772 0 0 0 0 15 11 0 0 100 0
0 0 0 268556 828 213772 0 0 0 0 14 10 0 0 100 0
0 0 0 268556 828 213772 0 0 0 0 18 13 0 0 100 0
1 0 0 267316 836 213844 0 0 74 0 267 26 0 99 1 0
1 0 0 267316 836 213844 0 0 0 0 303 7 0 100 0 0
1 0 0 267316 836 213844 0 0 0 0 271 11 0 100 0 0
1 0 0 267316 836 213844 0 0 0 0 257 12 0 100 0 0
30+0 records in
30+0 records out
31457280 bytes (31 MB) copied, 4.95038 s, 6.4 MB/s
0 0 0 267928 860 213860 0 0 27 0 265 29 1 97 2 0
0 0 0 267936 860 213848 0 0 0 0 15 9 0 0 100 0
0 0 0 267936 860 213848 0 0 0 0 14 7 0 0 100 0
0 0 0 267936 860 213848 0 0 0 0 14 7 0 0 100 0
0 0 0 267936 860 213848 0 0 0 0 13 11 0 0 100 0
Terminated
user1@vm1:~$ uptime
05:22:15 up 6 days, 54 min, 1 user, load average: 0.07, 0.02, 0.00
[1]+ Done ( sleep 5 && dd if=/dev/urandom of=/dev/null bs=1M count=30 && sleep 5 && killall vmstat )
user1@vm1:~$ uptime
05:22:22 up 6 days, 54 min, 1 user, load average: 0.06, 0.02, 0.00
user1@vm1:~$ ( sleep 5 && dd if=/dev/zero of=test.img bs=32 count=$((32*1024*200)) && sleep 5 && killall vmstat )& vmstat -nd 1 | egrep -v 'loop|sr0'
[1] 6086
disk- ------------reads------------ ------------writes----------- -----IO------
total merged sectors ms total merged sectors ms cur sec
sda 146985 2230744 21821320 105848 32190 1343154 10927338 1330144 0 105
sda 146995 2230744 21821648 105848 32190 1343154 10927338 1330144 0 105
sda 146995 2230744 21821648 105848 32190 1343154 10927338 1330144 0 105
sda 146995 2230744 21821648 105848 32190 1343154 10927338 1330144 0 105
sda 146995 2230744 21821648 105848 32190 1343154 10927338 1330144 0 105
sda 146995 2230744 21821648 105848 32190 1343154 10927338 1330144 0 105
sda 146999 2230744 21821680 105856 32190 1343154 10927338 1330144 0 105
sda 146999 2230744 21821680 105856 32190 1343154 10927338 1330144 0 105
sda 147000 2230744 21821688 105856 32208 1344160 10935530 1330288 0 105
sda 147000 2230744 21821688 105856 32274 1349214 10976490 1330748 0 105
sda 147000 2230744 21821688 105856 32325 1353259 11009258 1331236 0 105
sda 147000 2230744 21821688 105856 32450 1364657 11101442 1337176 0 105
sda 147000 2230744 21821688 105856 32450 1364657 11101442 1337176 0 105
sda 147001 2230744 21821696 105856 32471 1366301 11114762 1337348 0 105
sda 147001 2230744 21821696 105856 32525 1370529 11149018 1337732 0 105
sda 147001 2230744 21821696 105856 32573 1374577 11181786 1338064 0 105
sda 147001 2230744 21821696 105856 32698 1386562 11278666 1346244 0 105
6553600+0 records in
6553600+0 records out
209715200 bytes (210 MB) copied, 11.7088 s, 17.9 MB/s
sda 147001 2230744 21821696 105856 32698 1386562 11278666 1346244 0 105
sda 147001 2230744 21821696 105856 32698 1386562 11278666 1346244 0 105
sda 147001 2230744 21821696 105856 32698 1386562 11278666 1346244 0 105
sda 147001 2230744 21821696 105856 32698 1386562 11278666 1346244 0 105
sda 147001 2230744 21821696 105856 32762 1393910 11337962 1349192 0 105
user1@vm1:~$ echo 3 | sudo tee /proc/sys/vm/drop_caches
3
[1]+ Done ( sleep 5 && dd if=/dev/zero of=test.img bs=32 count=$((32*1024*200)) && sleep 5 && killall vmstat )
user1@vm1:~$ free -mt ; find / >/dev/null 2>&1 ; free -mt
total used free shared buffers cached
Mem: 496 30 466 0 0 5
-/+ buffers/cache: 24 472
Swap: 461 0 461
Total: 958 30 928
total used free shared buffers cached
Mem: 496 64 432 0 22 6
-/+ buffers/cache: 35 461
Swap: 461 0 461
Total: 958 64 894
user1@vm1:~$ echo 3 | sudo tee /proc/sys/vm/drop_caches
3
user1@vm1:~$ cat test.img /dev/null ; free -mt
total used free shared buffers cached
Mem: 496 230 265 0 0 205
-/+ buffers/cache: 24 471
Swap: 461 0 461
Total: 958 230 727
user1@vm1:~$
解释
- 打印当前的正常运行时间。
- 打印出可用内存信息。
- 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。 - 打印当前的正常运行时间。注意负载平均值的变化。
- 这是另一个实验，几乎和以前一样，但这次用磁盘写入。
- 删除所有缓存和缓冲区。
- 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。
- 再次删除所有缓存和缓冲区。
- 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systemCPU 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。