一個基于Linux操作系統的服務器運行的同時，也會表征出各種各樣參數信息。通常來說運維人員、系統管理員會對這些數據會極為敏感，但是這些參數對于開發者來說也十分重要，尤其當你的程序非正常工作的時候，這些蛛絲馬跡往往會幫助快速定位跟蹤問題。

這里只是一些簡單的工具查看系統的相關參數，當然很多工具也是通過分析加工/proc、/sys下的數據來工作的，而那些更加細致、專業的性能監測和調優，可能還需要更加專業的工具(perf、systemtap等)和技術才能完成哦。畢竟來說，系統性能監控本身就是個大學問。

一、CPU和內存類

1.1 top

~ top 

第一行后面的三個值是系統在之前1、5、15的平均負載，也可以看出系統負載是上升、平穩、下降的趨勢，當這個值超過CPU可執行單元的數目，則表示CPU的性能已經飽和成為瓶頸了。

第二行統計了系統的任務狀態信息。running很自然不必多說，包括正在CPU上運行的和將要被調度運行的;sleeping通常是等待事件(比如IO操作)完成的任務，細分可以包括interruptible和uninterruptible的類型;stopped是一些被暫停的任務，通常發送SIGSTOP或者對一個前臺任務操作Ctrl-Z可以將其暫停;zombie僵尸任務，雖然進程終止資源會被自動回收，但是含有退出任務的task descriptor需要父進程訪問后才能釋放，這種進程顯示為defunct狀態，無論是因為父進程提前退出還是未wait調用，出現這種進程都應該格外注意程序是否設計有誤。

第三行CPU占用率根據類型有以下幾種情況：

• (us) user: CPU在低nice值(高優先級)用戶態所占用的時間(nice<=0)。正常情況下只要服務器不是很閑，那么大部分的CPU時間應該都在此執行這類程序
• (sy) system: CPU處于內核態所占用的時間，操作系統通過系統調用(system call)從用戶態陷入內核態，以執行特定的服務;通常情況下該值會比較小，但是當服務器執行的IO比較密集的時候，該值會比較大
• (ni) nice: CPU在高nice值(低優先級)用戶態以低優先級運行占用的時間(nice>0)。默認新啟動的進程nice=0，是不會計入這里的，除非手動通過renice或者setpriority()的方式修改程序的nice值
• (id) idle: CPU在空閑狀態(執行kernel idle handler)所占用的時間
• (wa) iowait: 等待IO完成做占用的時間
• (hi) irq: 系統處理硬件中斷所消耗的時間
• (si) softirq: 系統處理軟中斷所消耗的時間，記住軟中斷分為softirqs、tasklets(其實是前者的特例)、work queues，不知道這里是統計的是哪些的時間，畢竟work queues的執行已經不是中斷上下文了
• (st) steal: 在虛擬機情況下才有意義，因為虛擬機下CPU也是共享物理CPU的，所以這段時間表明虛擬機等待hypervisor調度CPU的時間，也意味著這段時間hypervisor將CPU調度給別的CPU執行，這個時段的CPU資源被”stolen”了。這個值在我KVM的VPS機器上是不為0的，但也只有0.1這個數量級，是不是可以用來判斷VPS超售的情況?

CPU占用率高很多情況下意味著一些東西，這也給服務器CPU使用率過高情況下指明了相應地排查思路：

• (a) 當user占用率過高的時候，通常是某些個別的進程占用了大量的CPU，這時候很容易通過top找到該程序;此時如果懷疑程序異常，可以通過perf等思路找出熱點調用函數來進一步排查;
• (b) 當system占用率過高的時候，如果IO操作(包括終端IO)比較多，可能會造成這部分的CPU占用率高，比如在file server、database server等類型的服務器上，否則(比如>20%)很可能有些部分的內核、驅動模塊有問題;
• (c) 當nice占用率過高的時候，通常是有意行為，當進程的發起者知道某些進程占用較高的CPU，會設置其nice值確保不會淹沒其他進程對CPU的使用請求;
• (d) 當iowait占用率過高的時候，通常意味著某些程序的IO操作效率很低，或者IO對應設備的性能很低以至于讀寫操作需要很長的時間來完成;
• (e) 當irq/softirq占用率過高的時候，很可能某些外設出現問題，導致產生大量的irq請求，這時候通過檢查/proc/interrupts文件來深究問題所在;
• (f) 當steal占用率過高的時候，黑心廠商虛擬機超售了吧!

第四行和第五行是物理內存和虛擬內存(交換分區)的信息:

total = free + used + buff/cache，現在buffers和cached Mem信息總和到一起了，但是buffers和cached Mem的關系很多地方都沒說清楚。其實通過對比數據，這兩個值就是/proc/meminfo中的Buffers和Cached字段：Buffers是針對raw disk的塊緩存，主要是以raw block的方式緩存文件系統的元數據(比如超級塊信息等)，這個值一般比較小(20M左右);而Cached是針對于某些具體的文件進行讀緩存，以增加文件的訪問效率而使用的，可以說是用于文件系統中文件緩存使用。

而avail Mem是一個新的參數值，用于指示在不進行交換的情況下，可以給新開啟的程序多少內存空間，大致和free + buff/cached相當，而這也印證了上面的說法，free + buffers + cached Mem才是真正可用的物理內存。并且，使用交換分區不見得是壞事情，所以交換分區使用率不是什么嚴重的參數，但是頻繁的swap in/out就不是好事情了，這種情況需要注意，通常表示物理內存緊缺的情況。

最后是每個程序的資源占用列表，其中CPU的使用率是所有CPU core占用率的總和。通常執行top的時候，本身該程序會大量的讀取/proc操作，所以基本該top程序本身也會是名列前茅的。

top雖然非常強大，但是通常用于控制臺實時監測系統信息，不適合長時間(幾天、幾個月)監測系統的負載信息，同時對于短命的進程也會遺漏無法給出統計信息。

1.2 vmstat

vmstat是除top之外另一個常用的系統檢測工具，下面截圖是我用-j4編譯boost的系統負載。

r表示可運行進程數目，數據大致相符;而b表示的是uninterruptible睡眠的進程數目;swpd表示使用到的虛擬內存數量，跟top-Swap-used的數值是一個含義，而如手冊所說，通常情況下buffers數目要比cached Mem小的多，buffers一般20M這么個數量級;io域的bi、bo表明每秒鐘向磁盤接收和發送的塊數目(blocks/s);system域的in表明每秒鐘的系統中斷數(包括時鐘中斷)，cs表明因為進程切換導致上下文切換的數目。

說到這里，想到以前很多人糾結編譯linux kernel的時候-j參數究竟是CPU Core還是CPU Core+1?通過上面修改-j參數值編譯boost和linux kernel的同時開啟vmstat監控，發現兩種情況下context switch基本沒有變化，且也只有顯著增加-j值后context switch才會有顯著的增加，看來不必過于糾結這個參數了，雖然具體編譯時間長度我還沒有測試。資料說如果不是在系統啟動或者benchmark的狀態，參數context switch>100000程序肯定有問題。

1.3 pidstat

如果想對某個進程進行全面具體的追蹤，沒有什么比pidstat更合適的了——棧空間、缺頁情況、主被動切換等信息盡收眼底。這個命令最有用的參數是-t，可以將進程中各個線程的詳細信息羅列出來。

-r： 顯示缺頁錯誤和內存使用狀況，缺頁錯誤是程序需要訪問映射在虛擬內存空間中但是還尚未被加載到物理內存中的一個分頁，缺頁錯誤兩個主要類型是

• (a). minflt/s 指的minor faults，當需要訪問的物理頁面因為某些原因(比如共享頁面、緩存機制等)已經存在于物理內存中了，只是在當前進程的頁表中沒有引用，MMU只需要設置對應的entry就可以了，這個代價是相當小的
• (b). majflt/s 指的major faults，MMU需要在當前可用物理內存中申請一塊空閑的物理頁面(如果沒有可用的空閑頁面，則需要將別的物理頁面切換到交換空間去以釋放得到空閑物理頁面)，然后從外部加載數據到該物理頁面中，并設置好對應的entry，這個代價是相當高的，和前者有幾個數據級的差異

-s：棧使用狀況，包括StkSize為線程保留的棧空間，以及StkRef實際使用的?？臻g。使用ulimit -s發現CentOS 6.x上面默認棧空間是10240K，而CentOS 7.x、Ubuntu系列默認?？臻g大小為8196K

-u：CPU使用率情況，參數同前面類似

-w：線程上下文切換的數目，還細分為cswch/s因為等待資源等因素導致的主動切換，以及nvcswch/s線程CPU時間導致的被動切換的統計

如果每次都先ps得到程序的pid后再操作pidstat會顯得很麻煩，所以這個殺手锏的-C可以指定某個字符串，然后Command中如果包含這個字符串，那么該程序的信息就會被打印統計出來，-l可以顯示完整的程序名和參數

~ pidstat -w -t -C “ailaw” -l 

這么看來，如果查看單個尤其是多線程的任務時候，pidstat比常用的ps更好使!

1.4 其他

當需要單獨監測單個CPU情況的時候，除了htop還可以使用mpstat，查看在SMP處理器上各個Core的工作量是否負載均衡，是否有某些熱點線程占用Core。

~ mpstat -P ALL 1 

如果想直接監測某個進程占用的資源，既可以使用top -u taozj的方式過濾掉其他用戶無關進程，也可以采用下面的方式進行選擇，ps命令可以自定義需要打印的條目信息：

while :; do ps -eo user,pid,ni,pri,pcpu,psr,comm | grep 'ailawd'; sleep 1; done 

如想理清繼承關系，下面一個常用的參數可以用于顯示進程樹結構，顯示效果比pstree詳細美觀的多

~ ps axjf 

二、磁盤IO類

iotop可以直觀的顯示各個進程、線程的磁盤讀取實時速率;lsof不僅可以顯示普通文件的打開信息(使用者)，還可以操作/dev/sda1這類設備文件的打開信息，那么比如當分區無法umount的時候，就可以通過lsof找出磁盤該分區的使用狀態了，而且添加+fg參數還可以額外顯示文件打開flag標記。

2.1 iostat

~ iostat -xz 1 

其實無論使用iostat -xz 1還是使用sar -d 1，對于磁盤重要的參數是：

avgqu-sz: 發送給設備I/O請求的等待隊列平均長度，對于單個磁盤如果值>1表明設備飽和，對于多個磁盤陣列的邏輯磁盤情況除外;

await(r_await、w_await): 平均每次設備I/O請求操作的等待時間(ms)，包含請求排列在隊列中和被服務的時間之和;

svctm: 發送給設備I/O請求的平均服務時間(ms)，如果svctm與await很接近，表示幾乎沒有I/O等待，磁盤性能很好，否則磁盤隊列等待時間較長，磁盤響應較差;

%util: 設備的使用率，表明每秒中用于I/O工作時間的占比，單個磁盤當%util>60%的時候性能就會下降(體現在await也會增加)，當接近100%時候就設備飽和了，但對于有多個磁盤陣列的邏輯磁盤情況除外;

還有，雖然監測到的磁盤性能比較差，但是不一定會對應用程序的響應造成影響，內核通常使用I/O asynchronously技術，使用讀寫緩存技術來改善性能，不過這又跟上面的物理內存的限制相制約了。

上面的這些參數，對網絡文件系統也是受用的。

三、網絡類

網絡性能對于服務器的重要性不言而喻，工具iptraf可以直觀的現實網卡的收發速度信息，比較的簡潔方便通過sar -n DEV 1也可以得到類似的吞吐量信息，而網卡都標配了最大速率信息，比如百兆網卡千兆網卡，很容易查看設備的利用率。

通常，網卡的傳輸速率并不是網絡開發中最為關切的，而是針對特定的UDP、TCP連接的丟包率、重傳率，以及網絡延時等信息。

3.1 netstat

~ netstat -s 

顯示自從系統啟動以來，各個協議的總體數據信息。雖然參數信息比較豐富有用，但是累計值，除非兩次運行做差才能得出當前系統的網絡狀態信息，亦或者使用watch眼睛直觀其數值變化趨勢。所以netstat通常用來檢測端口和連接信息的：

netstat –all(a) –numeric(n) –tcp(t) –udp(u) –timers(o) –listening(l) –program(p) 

–timers可以取消域名反向查詢，加快顯示速度;比較常用的有

~ netstat -antp #列出所有TCP的連接  
 netstat -nltp #列出本地所有TCP偵聽套接字，不要加-a參數 

3.2 sar

sar這個工具太強大了，什么CPU、磁盤、頁面交換啥都管，這里使用-n主要用來分析網絡活動，雖然網絡中它還給細分了NFS、IP、ICMP、SOCK等各種層次各種協議的數據信息，我們只關心TCP和UDP。下面的命令除了顯示常規情況下段、數據報的收發情況，還包括

TCP

~ sudo sar -n TCP,ETCP 1 

active/s：本地發起的TCP連接，比如通過connect()，TCP的狀態從CLOSED -> SYN-SENT

passive/s：由遠程發起的TCP連接，比如通過accept()，TCP的狀態從LISTEN -> SYN-RCVD

retrans/s(tcpRetransSegs)：每秒鐘TCP重傳數目，通常在網絡質量差，或者服務器過載后丟包的情況下，根據TCP的確認重傳機制會發生重傳操作

isegerr/s(tcpInErrs)：每秒鐘接收到出錯的數據包(比如checksum失敗)

UDP

~ sudo sar -n UDP 1 

noport/s(udpNoPorts)：每秒鐘接收到的但是卻沒有應用程序在指定目的端口的數據報個數

idgmerr/s(udpInErrors)：除了上面原因之外的本機接收到但卻無法派發的數據報個數

當然，這些數據一定程度上可以說明網絡可靠性，但也只有同具體的業務需求場景結合起來才具有意義。

3.3 tcpdump

tcpdump不得不說是個好東西。大家都知道本地調試的時候喜歡使用wireshark，但是線上服務端出現問題怎么弄呢?附錄的參考文獻給出了思路：復原環境，使用tcpdump進行抓包，當問題復現(比如日志顯示或者某個狀態顯現)的時候，就可以結束抓包了，而且tcpdump本身帶有-C/-W參數，可以限制抓取包存儲文件的大小，當達到這個這個限制的時候保存的包數據自動rotate，所以抓包數量總體還是可控的。此后將數據包拿下線來，用wireshark想怎么看就怎么看，豈不樂哉!tcpdump雖然沒有GUI界面，但是抓包的功能絲毫不弱，可以指定網卡、主機、端口、協議等各項過濾參數，抓下來的包完整又帶有時間戳，所以線上程序的數據包分析也可以這么簡單。

下面就是一個小的測試，可見Chrome啟動時候自動向Webserver發起建立了三條連接，由于這里限制了dst port參數，所以服務端的應答包被過濾掉了，拿下來用wireshark打開，SYNC、ACK建立連接的過程還是很明顯的!在使用tcpdump的時候，需要盡可能的配置抓取的過濾條件，一方面便于接下來的分析，二則tcpdump開啟后對網卡和系統的性能會有影響，進而會影響到在線業務的性能。

本文完!