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Linux之vmstat命令

wyy 2022年05月12日 程序员 164 0

【Linux常用命令速查手册】关注【入门小站】,后台回复 「1001」 自取。

vmstat是Virtual Meomory Statistics(虚拟内存统计)的缩写,可对操作系统的虚拟内存、进程、CPU活动进行监控。他是对系统的整体情况进行统计,不足之处是无法对某个进程进行深入分析。vmstat 工具提供了一种低开销的系统性能观察方式。因为 vmstat 本身就是低开销工具,在非常高负荷的服务器上,你需要查看并监控系统的健康情况,在控制窗口还是能够使用vmstat 输出结果.

物理内存和虚拟内存区别

直接从物理内存读写数据要比从硬盘读写数据要快的多,因此,我们希望所有数据的读取和写入都在内存完成,而内存是有限的,这样就引出了物理内存与虚拟内存的概念。

物理内存就是系统硬件提供的内存大小,是真正的内存,相对于物理内存,在linux下还有一个虚拟内存的概念,虚拟内存就是为了满足物理内存的不足而提出的策略,它是利用磁盘空间虚拟出的一块逻辑内存,用作虚拟内存的磁盘空间被称为交换空间(Swap Space)。

作为物理内存的扩展,linux会在物理内存不足时,使用交换分区的虚拟内存,更详细的说,就是内核会将暂时不用的内存块信息写到交换空间,这样以来,物理内存得到了释放,这块内存就可以用于其它目的,当需要用到原始的内容时,这些信息会被重新从交换空间读入物理内存。

linux的内存管理采取的是分页存取机制,为了保证物理内存能得到充分的利用,内核会在适当的时候将物理内存中不经常使用的数据块自动交换到虚拟内存中,而将经常使用的信息保留到物理内存。

要深入了解linux内存运行机制,需要知道下面提到的几个方面:

  • 首先,Linux系统会不时的进行页面交换操作,以保持尽可能多的空闲物理内存,即使并没有什么事情需要内存,Linux也会交换出暂时不用的内存页面。这可以避免等待交换所需的时间。
  • 其次,linux进行页面交换是有条件的,不是所有页面在不用时都交换到虚拟内存,linux内核根据”最近最经常使用“算法,仅仅将一些不经常使用的页面文件交换到虚拟内存,有时我们会看到这么一个现象:linux物理内存还有很多,但是交换空间也使用了很多。其实,这并不奇怪,例如,一个占用很大内存的进程运行时,需要耗费很多内存资源,此时就会有一些不常用页面文件被交换到虚拟内存中,但后来这个占用很多内存资源的进程结束并释放了很多内存时,刚才被交换出去的页面文件并不会自动的交换进物理内存,除非有这个必要,那么此刻系统物理内存就会空闲很多,同时交换空间也在被使用,就出现了刚才所说的现象了。关于这点,不用担心什么,只要知道是怎么一回事就可以了。
  • 最后,交换空间的页面在使用时会首先被交换到物理内存,如果此时没有足够的物理内存来容纳这些页面,它们又会被马上交换出去,如此以来,虚拟内存中可能没有足够空间来存储这些交换页面,最终会导致linux出现假死机、服务异常等问题,linux虽然可以在一段时间内自行恢复,但是恢复后的系统已经基本不可用了。

虚拟内存原理

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中供进程使用。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。尽管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)。

命令格式

vmstat [-a] [-n] [-S unit] [delay [ count]] 
vmstat [-s] [-n] [-S unit] 
vmstat [-m] [-n] [delay [ count]] 
vmstat [-d] [-n] [delay [ count]] 
vmstat [-p disk partition] [-n] [delay [ count]] 
vmstat [-f] 
vmstat [-V]

命令功能

用来显示虚拟内存的信息

命令参数

  • -a:显示活跃和非活跃内存
  • -f:显示从系统启动至今的fork数量 。
  • -m:显示slabinfo
  • -n:只在开始时显示一次各字段名称。
  • -s:显示内存相关统计信息及多种系统活动数量。
  • delay:刷新时间间隔。如果不指定,只显示一条结果。
  • count:刷新次数。如果不指定刷新次数,但指定了刷新时间间隔,这时刷新次数为无穷。
  • -d:显示磁盘相关统计信息。
  • -p:显示指定磁盘分区统计信息
  • -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)
  • -V:显示vmstat版本信息。

显示虚拟内存使用情况

> vmstat | column -t

image-20210310232508657

column -t是为了表头和数据列对齐,便于查看

表头字段说明

  • Procs(进程):
  • r: 运行队列中进程数量
  • b: 等待IO的进程数量
  • Memory(内存):
  • swpd: 使用虚拟内存大小
  • free: 可用内存大小
  • buff: 用作缓冲的内存大小
  • cache: 用作缓存的内存大小

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),中央处理器的空闲时间 。以百分比表示。
  • wa: 等待IO时间
备注:如果 r经常大于 4 ,且id经常少于40,表示cpu的负荷很重。如果pi,po 长期不等于0,表示内存不足。如果disk 经常不等于0, 且在 b中的队列 大于3, 表示 io性能不好。Linux在具有高稳定性、可靠性的同时,具有很好的可伸缩性和扩展性,能够针对不同的应用和硬件环境调整,优化出满足当前应用需要的最佳性能。因此企业在维护Linux系统、进行系统调优时,了解系统性能分析工具是至关重要的。

5秒时间内进行5次采样

> vmstat 1 5

image-20210310232927998

1是采样时间间隔,单位是秒. 5是采样的总次数

显示活跃和非活跃内存

> vmstat -a 1 5

image-20210310233117805

使用-a选项显示活跃和非活跃内存时,所显示的内容除增加inact和active外,其他显示内容与例子1相同。

Memory(内存)

  • inact: 非活跃内存大小(当使用-a选项时显示)
  • active: 活跃的内存大小(当使用-a选项时显示)

查看系统已经fork了多少次

> vmstat -f 
164889872 forks
这个数据是从 /proc/stat中的processes字段里取得的

查看内存使用的详细信息

> vmstat -s 
       3882032 K total memory 
       921952 K used memory 
      2505960 K active memory 
       621748 K inactive memory 
       154180 K free memory 
       198460 K buffer memory 
      2607440 K swap cache 
            0 K total swap 
            0 K used swap 
            0 K free swap 
    111113294 non-nice user cpu ticks 
        17688 nice user cpu ticks 
     52090953 system cpu ticks 
  17962243142 idle cpu ticks 
     20022667 IO-wait cpu ticks 
            0 IRQ cpu ticks 
       888181 softirq cpu ticks 
            0 stolen cpu ticks 
    442073539 pages paged in 
   2006672432 pages paged out 
            0 pages swapped in 
            0 pages swapped out 
    252048353 interrupts 
   2496649494 CPU context switches 
   1524477152 boot time 
    164890019 forks
这些信息的分别来自于 /proc/meminfo, /proc/stat/proc/vmstat

查看磁盘的读/写

> vmstat -d

image-20210310233536076

这些信息主要来自于/proc/diskstats.merged:表示一次来自于合并的写/读请求,一般系统会把多个连接/邻近的读/写请求合并到一起来操作.

查看/dev/sda1磁盘的读/写

> vmstat -p /dev/vda1 
vda1          reads   read sectors  writes    requested writes 
            30818491  884145470  230580804 4013352345
这些信息主要来自于 /proc/diskstats
  • reads:来自于这个分区的读的次数。
  • read sectors:来自于这个分区的读扇区的次数。
  • writes:来自于这个分区的写的次数。
  • requested writes:来自于这个分区的写请求次数。

查看系统的slab信息

> vmstat -m 
Cache                       Num  Total   Size  Pages 
isofs_inode_cache            12     12    640     12 
ext4_groupinfo_4k           420    420    136     30 
ext4_inode_cache         208902 208995   1032     15 
ext4_xattr                   92     92     88     46 
ext4_free_data             1408   1408     64     64 
ext4_allocation_context      64     64    128     32 
ext4_io_end                3416   3528     72     56 
ext4_extent_status        96068 257346     40    102 
jbd2_journal_handle         170    170     48     85 
jbd2_journal_head           900    900    112     36 
jbd2_revoke_table_s         256    256     16    256 
jbd2_revoke_record_s       1152   1664     32    128 
ip6_dst_cache                36     36    448     18 
RAWv6                        13     13   1216     13 
UDPLITEv6                     0      0   1216     13 
UDPv6                        26     26   1216     13 
tw_sock_TCPv6               240    240    256     16 
TCPv6                        76    135   2176     15 
cfq_queue                    34     34    232     17 
Cache                       Num  Total   Size  Pages 
bsg_cmd                       0      0    312     13 
mqueue_inode_cache           18     18    896     18 
hugetlbfs_inode_cache        13     13    608     13 
configfs_dir_cache           92     92     88     46 
dquot                       208    208    256     16 
userfaultfd_ctx_cache         0      0    128     32 
fanotify_event_info        2044   2044     56     73 
dnotify_mark                630    952    120     34 
pid_namespace                 0      0   2176     15 
posix_timers_cache            0      0    248     16 
UDP-Lite                      0      0   1088     15 
flow_cache                    0      0    144     28 
xfrm_dst_cache                0      0    576     14 
UDP                         135    135   1088     15 
tw_sock_TCP                 256    256    256     16 
TCP                         144    144   1984     16 
scsi_data_buffer              0      0     24    170 
blkdev_queue                 15     15   2128     15 
blkdev_requests              63     63    384     21 
Cache                       Num  Total   Size  Pages 
blkdev_ioc                  195    195    104     39 
user_namespace                0      0    280     14 
sock_inode_cache            185    252    640     12 
net_namespace                 0      0   4992      6 
shmem_inode_cache           855    888    680     12 
Acpi-ParseExt              3472   3472     72     56 
Acpi-Namespace              510    510     40    102 
taskstats                    24     24    328     12 
proc_inode_cache          22416  22980    656     12 
sigqueue                     50     50    160     25 
bdev_cache                   38     38    832     19 
sysfs_dir_cache           12276  12276    112     36 
inode_cache                8602   8840    592     13 
dentry                   760606 769671    192     21 
iint_cache                    0      0     80     51 
selinux_inode_security     9843   9843     80     51 
buffer_head              337830 354003    104     39 
vm_area_struct             5411   5940    216     18 
mm_struct                   180    240   1600     20 
Cache                       Num  Total   Size  Pages 
files_cache                 173    204    640     12 
signal_cache                147    168   1152     14 
sighand_cache               137    180   2112     15 
task_xstate                 361    361    832     19 
task_struct                 202    224   4016      8 
anon_vma                   2604   3162     80     51 
shared_policy_node         9652  12325     48     85 
numa_policy                  15     15    264     15 
radix_tree_node           97524 106330    584     14 
idr_layer_cache             240    240   2112     15 
dma-kmalloc-8192              0      0   8192      4 
dma-kmalloc-4096              0      0   4096      8 
dma-kmalloc-2048              0      0   2048     16 
dma-kmalloc-1024              0      0   1024     16 
dma-kmalloc-512              32     32    512     16 
dma-kmalloc-256               0      0    256     16 
dma-kmalloc-128               0      0    128     32 
dma-kmalloc-64                0      0     64     64 
dma-kmalloc-32                0      0     32    128 
Cache                       Num  Total   Size  Pages 
dma-kmalloc-16                0      0     16    256 
dma-kmalloc-8                 0      0      8    512 
dma-kmalloc-192               0      0    192     21 
dma-kmalloc-96                0      0     96     42 
kmalloc-8192                 28     44   8192      4 
kmalloc-4096                 86    128   4096      8 
kmalloc-2048                354    512   2048     16 
kmalloc-1024               1135   1360   1024     16 
kmalloc-512                 638    688    512     16 
kmalloc-256                1907   2704    256     16 
kmalloc-192               99755  99855    192     21 
kmalloc-128               11290  11616    128     32 
kmalloc-96                 2028   2352     96     42 
kmalloc-64                11465  25600     64     64 
kmalloc-32                 1792   1792     32    128 
kmalloc-16                 2816   2816     16    256 
kmalloc-8                  3584   3584      8    512 
kmem_cache_node             192    192     64     64 
kmem_cache                  112    112    256     16

这组信息来自于/proc/slabinfo

slab:由于内核会有许多小对象,这些对象构造销毁十分频繁,比如i-node,dentry,这些对象如果每次构建的时候就向内存要一个页(4kb),而其实只有几个字节,这样就会非常浪费,为了解决这个问题,就引入了一种新的机制来处理在同一个页框中如何分配小存储区,而slab可以对小对象进行分配,这样就不用为每一个对象分配页框,从而节省了空间,内核对一些小对象创建析构很频繁,slab对这些小对象进行缓冲,可以重复利用,减少内存分配次数。

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