出于對Linux操作系統(tǒng)的興趣，以及對底層知識的強(qiáng)烈欲望，因此整理了這篇文章。本文也可以作為檢驗(yàn)基礎(chǔ)知識的指標(biāo)，另外文章涵蓋了一個(gè)系統(tǒng)的方方面面。如果沒有完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)知識，網(wǎng)絡(luò)知識和操作系統(tǒng)知識，文檔中的工具，是不可能完全掌握的，另外對系統(tǒng)性能分析和優(yōu)化是一個(gè)長期的系列。

本文檔主要是結(jié)合Linux 大牛，搜集Linux系統(tǒng)性能優(yōu)化相關(guān)文章整理后的一篇綜合性文章，主要是結(jié)合博文對涉及到的原理和性能測試的工具展開說明。

背景知識：具備背景知識是分析性能問題時(shí)需要了解的。比如硬件 cache；再比如操作系統(tǒng)內(nèi)核。應(yīng)用程序的行為細(xì)節(jié)往往是和這些東西互相牽扯的，這些底層的東西會(huì)以意想不到的方式影響應(yīng)用程序的性能，比如某些程序無法充分利用 cache，從而導(dǎo)致性能下降等等。

性能分析工具

首先來看一張圖：

上圖是Brendan Gregg 的一次性能分析的分享，這里面的所有工具都可以通過 man 來獲得它的幫助文檔，下面簡單介紹介紹一下常規(guī)的用法：

1，vmstat--虛擬內(nèi)存統(tǒng)計(jì)

vmstat（VirtualMeomoryStatistics，虛擬內(nèi)存統(tǒng)計(jì)）是 Linux 中監(jiān)控內(nèi)存的常用工具,可對操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存、進(jìn)程、CPU 等的整體情況進(jìn)行監(jiān)視。vmstat 的常規(guī)用法：vmstat interval times 即每隔 interval 秒采樣一次，共采樣 times 次，如果省略 times，則一直采集數(shù)據(jù)，直到用戶手動(dòng)停止為止。簡單舉個(gè)例子：

可以使用 ctrl+c 停止 vmstat 采集數(shù)據(jù)。

第一行顯示了系統(tǒng)自啟動(dòng)以來的平均值，第二行開始顯示現(xiàn)在正在發(fā)生的情況，接下來的行會(huì)顯示每5秒間隔發(fā)生了什么，每一列的含義在頭部，如下所示：

• procs：r 這一列顯示了多少進(jìn)程在等待cpu，b列顯示多少進(jìn)程正在不可中斷的休眠（等待IO）。
• memory：swapd 列顯示了多少塊被換出了磁盤（頁面交換），剩下的列顯示了多少塊是空閑的（未被使用），多少塊正在被用作緩沖區(qū)，以及多少正在被用作操作系統(tǒng)的緩存。
• swap：顯示交換活動(dòng)：每秒有多少塊正在被換入（從磁盤）和換出（到磁盤）。
• io：顯示了多少塊從塊設(shè)備讀取（bi）和寫出（bo）,通常反映了硬盤I/O。
• system：顯示每秒中斷(in)和上下文切換（cs）的數(shù)量。
• cpu：顯示所有的cpu時(shí)間花費(fèi)在各類操作的百分比，包括執(zhí)行用戶代碼（非內(nèi)核），執(zhí)行系統(tǒng)代碼（內(nèi)核），空閑以及等待IO。

內(nèi)存不足的表現(xiàn)：free memory 急劇減少，回收 buffer 和 cache 也無濟(jì)于事，大量使用交換分區(qū)（swpd）,頁面交換（swap）頻繁，讀寫磁盤數(shù)量（io）增多，缺頁中斷（in）增多，上下文切換（cs）次數(shù)增多，等待IO的進(jìn)程數(shù)（b）增多，大量CPU時(shí)間用于等待IO（wa）

2，iostat--用于報(bào)告中央處理器統(tǒng)計(jì)信息

iostat 用于報(bào)告中央處理器（CPU）統(tǒng)計(jì)信息和整個(gè)系統(tǒng)、適配器、tty 設(shè)備、磁盤和 CD-ROM 的輸入/輸出統(tǒng)計(jì)信息，默認(rèn)顯示了與 vmstat 相同的 cpu 使用信息，使用以下命令顯示擴(kuò)展的設(shè)備統(tǒng)計(jì)：

第一行顯示的是自系統(tǒng)啟動(dòng)以來的平均值，然后顯示增量的平均值，每個(gè)設(shè)備一行。

常見 linux 的磁盤 IO 指標(biāo)的縮寫習(xí)慣：rq 是 request，r 是 read，w 是 write，qu 是 queue，sz 是 size，a 是verage，tm 是 time，svc 是 service。

• rrqm/s 和 wrqm/s：每秒合并的讀和寫請求，“合并的”意味著操作系統(tǒng)從隊(duì)列中拿出多個(gè)邏輯請求合并為一個(gè)請求到實(shí)際磁盤。
• r/s和w/s：每秒發(fā)送到設(shè)備的讀和寫請求數(shù)。
• rsec/s和wsec/s：每秒讀和寫的扇區(qū)數(shù)。
• avgrq –sz：請求的扇區(qū)數(shù)。
• avgqu –sz：在設(shè)備隊(duì)列中等待的請求數(shù)。
• await：每個(gè)IO請求花費(fèi)的時(shí)間。
• svctm：實(shí)際請求（服務(wù)）時(shí)間。
• %util：至少有一個(gè)活躍請求所占時(shí)間的百分比。

3， dstat--系統(tǒng)監(jiān)控工具

dstat 顯示了 cpu 使用情況，磁盤 io 情況，網(wǎng)絡(luò)發(fā)包情況和換頁情況，輸出是彩色的，可讀性較強(qiáng)，相對于 vmstat 和iostat 的輸入更加詳細(xì)且較為直觀。在使用時(shí)，直接輸入命令即可，當(dāng)然也可以使用特定參數(shù)。

4，iotop--LINUX進(jìn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控工具

iotop命令是專門顯示硬盤IO的命令，界面風(fēng)格類似top命令，可以顯示IO負(fù)載具體是由哪個(gè)進(jìn)程產(chǎn)生的。是一個(gè)用來監(jiān)視磁盤I/O使用狀況的top類工具，具有與top相似的UI，其中包括PID、用戶、I/O、進(jìn)程等相關(guān)信息。

可以以非交互的方式使用：

iotop –bod interval

查看每個(gè)進(jìn)程的 I/O，可以使用

pidstat，pidstat –d instat

5， pidstat--監(jiān)控系統(tǒng)資源情況

pidstat 主要用于監(jiān)控全部或指定進(jìn)程占用系統(tǒng)資源的情況,如 CPU,內(nèi)存、設(shè)備 IO、任務(wù)切換、線程等。

使用方法：

pidstat –d interval

pidstat 還可以用以統(tǒng)計(jì)CPU使用信息：

pidstat –u interval

統(tǒng)計(jì)內(nèi)存信息：

pidstat –r interval

6，top

• top 命令的匯總區(qū)域顯示了五個(gè)方面的系統(tǒng)性能信息：
• 負(fù)載：時(shí)間，登陸用戶數(shù)，系統(tǒng)平均負(fù)載；
• 進(jìn)程：運(yùn)行，睡眠，停止，僵尸；
• cpu:用戶態(tài)，核心態(tài)，NICE,空閑，等待IO,中斷等；
• 內(nèi)存：總量，已用，空閑（系統(tǒng)角度），緩沖，緩存；
• 交換分區(qū)：總量，已用，空閑

任務(wù)區(qū)域默認(rèn)顯示：進(jìn)程 ID，有效用戶，進(jìn)程優(yōu)先級，NICE 值，進(jìn)程使用的虛擬內(nèi)存，物理內(nèi)存和共享內(nèi)存，進(jìn)程狀態(tài)，CPU 占用率，內(nèi)存占用率，累計(jì) CPU 時(shí)間，進(jìn)程命令行信息。

7，htop

htop 是 Linux 系統(tǒng)中的一個(gè)互動(dòng)的進(jìn)程查看器,一個(gè)文本模式的應(yīng)用程序(在控制臺或者X終端中),需要 ncurses。

Htop 可讓用戶交互式操作，支持顏色主題，可橫向或縱向滾動(dòng)瀏覽進(jìn)程列表，并支持鼠標(biāo)操作。

與 top 相比，htop 有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 可以橫向或者縱向滾動(dòng)瀏覽進(jìn)程列表，以便看到所有的進(jìn)程和完整的命令行。
• 在啟動(dòng)上，比top更快。
• 殺進(jìn)程時(shí)不需要輸入進(jìn)程號。
• htop支持鼠標(biāo)操作。

8，mpstat

mpstat 是 Multiprocessor Statistics的縮寫，是實(shí)時(shí)系統(tǒng)監(jiān)控工具。其報(bào)告CPU的一些統(tǒng)計(jì)信息，這些信息存放在 /proc/stat 文件中。在多 CPUs 系統(tǒng)里，其不但能查看所有 CPU 的平均狀況信息，而且能夠查看特定 CPU 的信息。常見用法：

mpstat –P ALL interval times