Linux入门必看：如何在60秒内分析Linux性能？

导语 | 当你登陆一台Linux服务器之后，因为一个问题要做性能分析时，你会在第1分钟内做哪些检测呢？本文将详细为你介绍在最开始的60秒，如何在命令行模式下，使用已有的Linux标准工具来进行性能优化检测。

（本文译自Linux文献：Linux Performance Analysis in 60,000 Milliseconds.

原文：https://netflixtechblog.com/linux-performance-analysis-in-60-000-milliseconds-accc10403c55）

在Netflix，我们有很多EC2的Linux机器，并且也需要很多性能分析工具来监控和检查它们的性能。包括有针对云上的监控工具Atlas和按需要进行实例分析的Vector。虽然这些工具能帮助我们解决大多数问题，但是我们有时候还需要登陆机器实例去运行一些标准的Linux性能分析工具。

在60秒内只需要通过运行下面的10个命令就可以对系统资源使用和运行进程有一个很高程度的了解。寻找错误信息和饱和度指标，并且可以显示为请求队列的长度，或者等待时长。因为它们都很容易理解，然后就是资源利用率。饱和度是指一个资源已经超过了它自己的负荷能力。

有些命令需要安装sysstat工具包。这些命令展示的指标会帮助你完成一些USE（Utilization，Saturation，Errors）方法：定位性能瓶颈的方法论。包括了检查使用率（Utilization），饱和度（Saturation），所有资源（比如CPU，内存，磁盘等）的错误指标（Errors）。同样也要关注你什么时候检查和排除一个资源问题，因为通过排除可以缩小分析范围，同时也指导了任何后续的检查。

下面的章节将会通过一个生产系统中的例子来介绍这些命令。要了解更多这些工具的信息，也可以查看它们的帮助手册。

（一）uptime

这是一个快速展示系统平均负载的方法，这也指出了等待运行进程的数量。在Linux系统中，这些数字包括等待CPU运行的进程数，也包括了被不可中断I/O（通常是磁盘I/O）阻塞的进程。这给出了资源负载的很直接的展示，可以在没有其它工具的帮助下更好的理解这些数据。它是唯一快捷的查看系统负载的方式。

这三个数字是以递减的方式统计了过去1分钟，5分钟和15分钟常数的平均数。这三个数字给我们直观展示了随着时间的变化系统负载如何变化。例如，如果你被叫去查看一个有问题的服务器，并且1分钟的所代表的值比15分钟的值低很多，那么你可能由于太迟登陆机器而错过了问题发生的时间点。

在上面的例子中，平均负载显示是在不断增加的，1分钟的值是30，相比15分钟的值19来说是增加了。这个数字这么大就意味着有事情发生了：可能是CPU需求；vmstat或者mpstat会帮助确认到底是什么，这些命令会在本系列的第3和第4个命令中介绍。

（二）dmesg|tail

这里展示的是最近10条系统消息日志，如果系统消息没有就不会展示。主要是看由于性能问题导致的错误。上面这个例子中包含了杀死OOM问题的进程，丢弃TCP请求的问题。

所以要记得使用这个命令，dmesg命令值得一用。

（三）vmstat 1

对虚拟内存统计的简短展示，vmstat是一个常用工具（最早是几十年前为BSD创建的）。它每一行打印关键的服务信息统计摘要。

vmstat使用参数1来运行的时候，是每1秒打印一条统计信息。在这个版本的vmstat中，输出的第一行展示的是自从启动后的平均值，而不是前一秒的统计。所以现在，可以跳过第一行，除非你要看一下抬头的字段含义。

每列含义说明：

1. r: CPU上的等待运行的可运行进程数。这个指标提供了判断CPU饱和度的数据，因为它不包含I/O等待的进程。可解释为：“r” 的值比CPU数大的时候就是饱和的。

2. free：空闲内存，单位是k。如果这个数比较大，就说明你还有充足的空闲内存。“free -m” 和下面第7个命令，可以更详细的分析空闲内存的状态。

3. si，so：交换进来和交换出去的数据量，如果这两个值为非0值，那么就说明没有内存了。

4. us，sy，id，wa，st：这些是CPU时间的分解，是所有CPU的平均值。它们是用户时间，系统时间（内核），空闲，等待I/O时间，和被偷的时间（这里主要指其它的客户，或者使用Xen，这些客户有自己独立的操作域）。

CPU时间的分解可以帮助确定CPU是不是非常忙（通过用户时间和系统时间累加判断）。持续的I/O等待则表明磁盘是瓶颈。这种情况下CPU是比较空闲的，因为任务都由于等待磁盘I/O而被阻塞。你可以把等待I/O看作是另外一种形式的CPU空闲，而这个命令给了为什么它们空闲的线索。

系统时间对于I/O处理来说是必须的。比较高的平均系统时间消耗，比如超过了20%，就有必要进一步探索分析了：也有可能是内核处理I/O效率不够高导致。

在上面的例子中，CPU时间几乎都是用户级别的，说明这是一个应用级别的使用情况。如果CPU的使用率平均都超过了90%。这不一定问题；可以使用 “r” 列来检查使用饱和度。

（四）mpstat-P ALL 1

这个命令打印各个CPU的时间统计，可以看出整体CPU的使用是不是均衡的。有一个使用率明显较高的CPU就可以明显看出来这是一个单线程应用。

（五）pidstat 1

pidstat命令有点像top命令中的为每个CPU统计信息功能，但是它是以不断滚动更新的方式打印信息，而不是每次清屏打印。这个对于观察随时间变化的模式很有用，同时把你看到的信息（复制粘贴）记到你的调查记录中。

上面的例子可以看出是2个java进程在消耗CPU。%CPU列是所有CPU的使用率；1591%是说明这个java进程消耗了几乎16个CPU核。

（六）iostat -xz 1

这个工具对于理解块设备（比如磁盘）很有用，展示了请求负载和性能数据。具体的数据看下面字段的解释：

1. r/s, w/s, rkB/s, wkB/s：这些表示设备上每秒钟的读写次数和读写的字节数（单位是k字节）。这些可以看出设备的负载情况。性能问题可能就是简单的因为大量的文件加载请求。

   
   

2. await：I/O等待的平均时间（单位是毫秒）。这是应用程序所等待的时间，包含了等待队列中的时间和被调度服务的时间。过大的平均等待时间就预示着设备超负荷了或者说设备有问题了。

   
   

3. avgqu-sz：设备上请求的平均数。数值大于1可能表示设备饱和了（虽然设备通常都是可以支持并行请求的，特别是在背后挂了多个磁盘的虚拟设备）。

   
   

4. %util：设备利用率。是使用率的百分数，展示每秒钟设备工作的时间。这个数值大于60%则会导致性能很低（可以在await中看），当然这也取决于设备特点。这个数值接近100%则表示设备饱和了。

如果存储设备是一个逻辑磁盘设备，后面挂载了多个磁盘，那么100%的利用率则只是表示有些I/O是在100%处理，然而后端的磁盘或许远远没有饱和，还可以处理更多的请求。

请记住，磁盘I/O性能低不一定是应用程序的问题。许多技术通常都被用来实现异步执行I/O，所以应用程序不会直接阻塞和承受延时（比如：预读取和写缓冲技术）。

（七）free-m

右面两列展示的是：

1. buffers：用于块设备I/O缓冲的缓存。

2. cached：用于文件系统的页缓存。

   
   

我们只想检测这些缓存的数值是否接近0。不为0的可能导致较高的磁盘I/O（通过iostat命令来确认）和较差的性能问题。上面的例子看起来没问题，都还有很多M字节。

“-/+ buffers/cache” 这一行提供了对已使用和空闲内存明确的统计。Linux用空闲内存作为缓存，如果应用程序需要，可以快速拿回去。所以应该包含空闲内存那一列，这里就是这么统计的。甚至有一个网站专门来介绍Linux内存消耗的问题：linuxatemyram。

如果在Linux上使用了ZFS文件系统，则可能会更乱，因为当我们在开发一些服务的时候，ZFS有它自己的文件系统缓存，而这部分内存的消耗是不会在free-m这个命令中合理的反映的。显示了系统内存不足，但是ZFS的这部分缓存是可以被应用程序使用的。

（八）sar-n DEV 1

使用这个工具是可以检测网络接口的吞吐：rxkB/s和txkB/s，作为收发数据负载的度量，也是检测是否达到收发极限。在上面这个例子中，eth0接收数据达到22M字节/秒，也就是176Mbit/秒（网卡的上限是1Gbit/秒）。

这个版本的工具还有一个统计字段: %ifutil，用于统计设备利用率（全双工双向最大值），这个利用率也可以使用Brendan的nicstat工具来测量统计。在这个例子中0.00这种情况就似乎就是没有统计，这个和nicstat一样，这个值是比较难统计正确的。

（九）sar-n TCP,ETCP 1

这是对TCP关键指标的统计，它包含了以下内容：

1. active/s：每秒本地发起的TCP连接数（例如通过connect()发起的连接）。

   
   

2. passive/s：每秒远程发起的连接数（例如通过accept()接受的连接）。

   
   

3. retrans/s：每秒TCP重传数。

负载的粗略估计：新接受连接数（被动），下游连接数（主动）。可以把主动看作是外部的，被动的是内部，但是这个通常也不是非常准确（例如：当有本地到本地的连接时）。

重传是网络或者服务器有问题的一个信号；可能是一个不可靠的网络（例如：公网），或者可能是因为服务器过载了开始丢包。上面这个例子可以看出是每秒新建一个TCP连接。

（十）top

top命令包含了很多我们前面提到的指标。这个命令可以很容易看出指标的变化表示负载的变化，这个看起来和前面的命令有很大不同。

top的一个缺陷也比较明显，很难看出变化趋势，其它像vmstat和pidstat这样的工具就会很清晰，它们是以滚动的方式输出统计信息。所以如果你在看到有问题的信息时没有及时的暂停下来（Ctrl-S是暂停, Ctrl-Q是继续），那么这些有用的信息就会被清屏。

还有很多可以使用来深挖系统问题的命令和技术，可以看看Brendan在 2015年讲的Linux性能工具介绍 ，这里面讲述了40多个命令，涵盖了可观测性，基准测试，调优，静态性能调优，分析和跟踪等多个方面。

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