操作系统性能监测工具

一、vmstat

vmstat（virtual memory statistics） 提供有关系统的虚拟内存、进程、CPU 活动、I/O 以及其他系统资源的实时统计信息。

vmstat 命令有多种选项，可以用来指定输出的内容和格式，帮助你更精确地监控和分析系统性能。以下是常见的 vmstat 选项及其功能：

1. 基本用法

vmstat [options] [delay [count]]

• delay：每隔多少秒刷新一次输出。如果不指定，默认显示一次输出。
• count：显示多少次输出。如果不指定，则无限次输出，直到用户终止命令。

2. 常见选项

• -a（active/inactive 内存）：
  显示活动（active）和非活动（inactive）内存信息，增加了 active 和 inactive 列。

  vmstat -a

• -f（forks）：
  显示自系统启动以来的进程创建（fork）次数。

  vmstat -f

• -m（slabinfo）：
  显示内存中 slab 信息，包括缓存对象的使用统计数据。该选项需要更高级别权限

  vmstat -m

• -n（no header）：
  仅在第一次报告中显示头信息，以后不再重复显示头信息。这对于连续输出时有用，减少视觉干扰。

  vmstat -n 2 5

• -s（statistics summary）：
  显示自系统启动以来的系统资源统计摘要信息，包括内存、CPU、交换等方面的统计数据。

  vmstat -s

• -d（disk statistics）：
  显示磁盘设备的 I/O 统计信息。

  vmstat -d

• -p [partition]（partition statistics）：
  显示指定磁盘分区的 I/O 统计信息。

  vmstat -p sda1

• -t（timestamp）：
  在每行输出的开头显示当前时间戳，有助于记录数据的时间点。

  vmstat -t 2 5

• -S [unit]（unit size）：
  S为大写

  指定输出单位，可以是 k（千字节）、m（兆字节）或 b（块，1024 字节）。

  vmstat -S m 2 5

• -w（wide output）：
  使输出更宽，以包含更完整的信息。

  vmstat -w

3、输出解读

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st

vmstat 的输出包括多个列，每列代表不同的系统指标。以下是常见的列及其含义：

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st

• procs（进程）：

  • r：处于运行队列中的进程数，或者准备运行的进程数。如果这个值大于 CPU 核心数量，表示系统可能存在 CPU 瓶颈。
  • b：处于不可中断睡眠状态的进程数，通常表示等待 I/O 操作完成。

• memory（内存）：

  • swpd：已使用的交换空间大小（以 KB 为单位）。
  • free：空闲物理内存大小（以 KB 为单位）。
  • buff：用于缓冲的内存大小（以 KB 为单位），通常用于块设备的缓冲。
  • cache：用于缓存的内存大小（以 KB 为单位），通常用于文件系统的缓存。

• swap（交换空间）：

  • si：从交换空间调入内存的交换大小（以 KB 为单位），表示系统将数据从交换区调入内存的速率。
  • so：从内存调出到交换空间的交换大小（以 KB 为单位），表示系统将数据从内存调出到交换区的速率。

• io（I/O）：

  • bi：块设备读取操作的速率（以 KB 为单位），表示每秒从块设备读取的数据量。
  • bo：块设备写入操作的速率（以 KB 为单位），表示每秒向块设备写入的数据量。

• system（系统）：

  • in：每秒的中断数，包括硬件和软件中断。
  • cs：每秒的上下文切换次数，表示进程之间的切换频率。

• cpu（CPU 使用情况）：

  • us：用户态 CPU 使用率，表示 CPU 在用户进程上花费的时间百分比。

  • sy：内核态 CPU 使用率，表示 CPU 在内核进程上花费的时间百分比。

  • id：空闲 CPU 时间百分比。

  • wa：等待 I/O 完成的 CPU 时间百分比。

  • st：虚拟机偷取的 CPU 时间百分比（stolen time），指虚拟机管理程序（如 KVM、Xen）占用的时间。

  us和sy合计表示 CPU 总使用率

4、 使用示例

• 监控磁盘 I/O 活动，每隔 2 秒更新一次，输出 10 次：

  vmstat -d 2 10

• 显示活动和非活动内存信息，包含时间戳，每秒更新一次：

  vmstat -a -t 1

• 每秒更新一次统计数据，显示 5 次，并使用兆字节作为单位：

  vmstat -S m 1 5

• 查看系统的统计摘要：

  vmstat -s

二、iostat

iostat 显示 CPU 的使用情况以及磁盘 I/O 的统计信息，帮助用户分析系统瓶颈，尤其是与存储设备相关的性能问题。

1. iostat 的基本功能

• 监控 CPU 使用情况：显示系统总体的 CPU 使用情况，包括用户态、系统态、I/O 等待时间等。
• 监控设备 I/O 性能：显示每个块设备的 I/O 活动统计信息，包括读写速率、每秒传输块数、平均请求时间等。

2. 基本用法

iostat [options] [delay [count]]

• delay：每隔多少秒刷新一次输出。如果不指定，默认显示一次输出。
• count：显示多少次输出。如果不指定，则无限次输出，直到用户终止命令。

3. 常见选项

• -c（显示 CPU 使用情况）：
  显示 CPU 使用情况统计，包括用户态、系统态、I/O 等待时间等。

  iostat -c

• -d（显示磁盘 I/O 统计信息）：
  显示块设备的 I/O 统计数据。默认情况下，iostat 会同时显示 CPU 和磁盘 I/O 的统计信息，使用 -d 选项可以仅显示磁盘 I/O。

  iostat -d

• **-k 或 -m（指定单位）：
  将 I/O 统计数据以千字节 (-k) 或兆字节 (-m) 为单位显示。

  iostat -k
  iostat -m

• -x（扩展 I/O 统计信息）：
  显示更详细的设备 I/O 统计信息，包括平均队列长度、平均服务时间、设备利用率等。

  iostat -x

• -p [device]（显示分区统计信息）：
  显示指定设备的分区统计信息。如果未指定设备，则显示所有设备的分区统计信息。

  iostat -p sda
  iostat -p

• **-t 或 -z（显示时间戳）：
  使用 -t 选项在每行输出前面添加时间戳，使用 -z 选项则隐藏所有值为零的设备（减少无用信息）。

  iostat -t
  iostat -z

• -N（显示 LVM 逻辑卷统计信息）：
  显示 LVM（逻辑卷管理器）逻辑卷的统计信息。

  iostat -N

• -p ALL（显示所有分区和设备）：
  使用 -p ALL 显示所有设备和其分区的详细统计信息。

  iostat -p ALL

4. iostat 输出解读

基本输出格式：

典型的 iostat 输出包括两部分：CPU 使用情况和设备 I/O 使用情况。以下是一个基本输出的例子：

Linux 5.4.0-42-generic (hostname) 	08/21/2024 	_x86_64_	(4 CPU)

avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           10.05    0.02    2.03    1.15    0.00   86.75

Device             tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
sda               5.00        256.00       512.00     123456     654321
sdb               2.00        128.00       256.00      65432     321654

• CPU 使用情况 (avg-cpu)：

  • %user：在用户态执行的 CPU 时间百分比。
  • %nice：在用户态执行的、优先级调整过的进程的 CPU 时间百分比。
  • %system：在内核态执行的 CPU 时间百分比。
  • %iowait：CPU 等待 I/O 操作完成的时间百分比。
  • %steal：被虚拟化管理程序“窃取”的时间百分比。
  • %idle：CPU 空闲的时间百分比。

• 设备使用情况（每个块设备）：

  • tps（Transfers per second）：每秒钟设备 I/O 请求的次数，包括读和写操作。
  • kB_read/s：每秒钟从设备读取的数据量（以 KB 为单位）。
  • kB_wrtn/s：每秒钟向设备写入的数据量（以 KB 为单位）。
  • kB_read：自系统启动以来从设备读取的总数据量（以 KB 为单位）。
  • kB_wrtn：自系统启动以来向设备写入的总数据量（以 KB 为单位）。

扩展的设备统计信息（使用 -x 选项）：

iostat -x 提供了更详细的设备统计数据，包含以下信息：

• **r/s**：每秒钟读取请求的次数。
• **w/s**：每秒钟写入请求的次数。
• **rkB/s**：每秒钟读取的数据量（以 KB 为单位）。
• **wkB/s**：每秒钟写入的数据量（以 KB 为单位）。
• **avgrq-sz**：平均每次 I/O 请求的数据大小（以扇区为单位）。
• **avgqu-sz**：平均 I/O 请求队列长度。
• **await**：每次 I/O 操作的平均等待时间（以毫秒为单位），包括队列中的时间和服务时间。
• **svctm**：每次 I/O 操作的平均服务时间（以毫秒为单位）。
• **%util**：设备的利用率，表示设备被占用的时间百分比（在 100% 表示设备始终处于忙碌状态）。

5. 示例分析

• 使用-x显示磁盘扩展信息

  iostat -x
  
  Device            r/s     w/s   rkB/s   wkB/s  avgrq-sz  avgqu-sz   await  svctm  %util
  sda              25.00   30.00  500.00  600.00    32.00      0.10    4.00   1.50   10.00
  sdb              10.00   15.00  200.00  300.00    40.00      0.50   10.00   3.00   30.00

  • sda 设备分析：

    • r/s 和 w/s 表示每秒有 25 次读取和 30 次写入操作。
    • await 是 4 毫秒，表明该设备的 I/O 等待时间较短，I/O 性能良好。
    • %util 是 10%，说明 sda 设备的利用率较低，系统资源尚未饱和。

  • sdb 设备分析：

    • avgqu-sz 为 0.50，表示该设备的 I/O 请求队列相对较长。
    • await 为 10 毫秒，比 sda 设备的等待时间高，可能有轻微的 I/O 瓶颈。
    • %util 为 30%，虽然利用率比 sda 高，但仍未达到饱和状态。

  • 每隔 2 秒显示一次 CPU 使用情况和磁盘 I/O 统计信息，共显示 5 次：

    iostat -c -d 2 5

  • 以千字节为单位显示扩展 I/O 统计信息，并隐藏零值设备：

    iostat -xkz

  • 显示所有设备及其分区的 I/O 统计信息，并添加时间戳：

    iostat -p ALL -t

  • 仅显示指定磁盘设备 sda 的分区 I/O 统计信息：

    iostat -p sda

  • 每隔 1 秒显示一次 LVM 逻辑卷的统计信息：

    iostat -N 1

6、iostat安装

6.1 Feodra系统安装iostat

iostat 是 sysstat软件包的一部分，因此安装sysstat包即可

1、更新软件包索引
sudo dnf update

2. 安装 sysstat 软件包
sudo dnf install sysstat

3、验证安装
iostat --version