[linux] vmstat 显示虚拟内存信息

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。

因此，合理规划和设计linux内存的使用，是非常重要的。

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。经管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]

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。

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。

类别 | 项目 | 含义 | 说明

• | - | - | -
  Procs(进程) | r | 等待执行的任务数(运行队列中进程数量) | 展示了正在执行和等待CPU资源的任务个数。当这个值超过了CPU数目，就会出现CPU瓶颈了
  . | b | 处在非中断睡眠状态的进程数 | 等待IO的进程数量
  Memory(内存) | swpd | 正在使用的swap大小单位K | 使用虚拟内存大小
  . | free | 空闲的内存空间 |
  . | buff | 已使用的buff大小，对块设备的读写进行缓冲 |
  . | cache | 已使用的cache大小，文件系统的cache |
  . | inact | 非活跃内存大小 |
  . | active | 活跃的内存大小 |
  Swap | si | 交换内存使用，由磁盘调入内存 | 每秒从交换区写到内存的大小
  . | so | 交换内存使用，由内存调入磁盘 | 每秒写入交换区的内存大小
  IO | bi | 从块设备读入的数据总量(读磁盘) (KB/s) | （现版本块的大小为1024bytes） 每秒读取的块数
  . | bo | 写入到块设备的数据总理(写磁盘) (KB/s) | 每秒写入的块数
  System(系统) | in | 每秒产生的中断次数 | 包括时钟中断。
  . | cs | 每秒产生的上下文切换次数 | 上面这2个值越大，会看到由内核消耗的CPU时间会越多
  CPU(以百分比表示) | us | 用户进程消耗的CPU时间百分比(user time) | us 的值比较高时，说明用户进程消耗的CPU时间多，但是如果长期超过50% 的使用，那么我们就该考虑优化程序算法或者进行加速了
  . | sy | 内核进程消耗的CPU时间百分比(system time) | sy 的值高时，说明系统内核消耗的CPU资源多，这并不是良性的表现，我们应该检查原因。
  . | id | 空闲 |
  . | wa | IO等待消耗的CPU时间百分比 | wa 的值高时，说明IO等待比较严重，这可能是由于磁盘大量作随机访问造成，也有可能是磁盘的带宽出现瓶颈(块操作)。

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si，so 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。

r 表示运行队列(就是说多少个进程真的分配到CPU)，我测试的服务器目前CPU比较空闲，没什么程序在跑，当这个值超过了CPU数目，就会出现CPU瓶颈了。这个也和top的负载有关系，一般负载超过了3就比较高，超过了5就高，超过了10就不正常了，服务器的状态很危险。top的负载类似每秒的运行队列。如果运行队列过大，表示你的CPU很繁忙，一般会造成CPU使用率很高。

b 表示阻塞的进程,这个不多说，进程阻塞，大家懂的。

swpd 虚拟内存已使用的大小，如果大于0，表示你的机器物理内存不足了，如果不是程序内存泄露的原因，那么你该升级内存了或者把耗内存的任务迁移到其他机器。

free   空闲的物理内存的大小，我的机器内存总共8G，剩余3415M。

buff   Linux/Unix系统是用来存储，目录里面有什么内容，权限等的缓存，我本机大概占用300多M

cache cache直接用来记忆我们打开的文件,给文件做缓冲，我本机大概占用300多M(这里是Linux/Unix的聪明之处，把空闲的物理内存的一部分拿来做文件和目录的缓存，是为了提高 程序执行的性能，当程序使用内存时，buffer/cached会很快地被使用。)

si  每秒从磁盘读入虚拟内存的大小，如果这个值大于0，表示物理内存不够用或者内存泄露了，要查找耗内存进程解决掉。我的机器内存充裕，一切正常。

so  每秒虚拟内存写入磁盘的大小，如果这个值大于0，同上。

bi  块设备每秒接收的块数量，这里的块设备是指系统上所有的磁盘和其他块设备，默认块大小是1024byte，我本机上没什么IO操作，所以一直是0，但是我曾在处理拷贝大量数据(2-3T)的机器上看过可以达到140000/s，磁盘写入速度差不多140M每秒

bo 块设备每秒发送的块数量，例如我们读取文件，bo就要大于0。bi和bo一般都要接近0，不然就是IO过于频繁，需要调整。

in 每秒CPU的中断次数，包括时间中断

cs 每秒上下文切换次数，例如我们调用系统函数，就要进行上下文切换，线程的切换，也要进程上下文切换，这个值要越小越好，太大了，要考虑调低线程或者进程的数目,例如在apache和nginx这种web服务器中，我们一般做性能测试时会进行几千并发甚至几万并发的测试，选择web服务器的进程可以由进程或者线程的峰值一直下调，压测，直到cs到一个比较小的值，这个进程和线程数就是比较合适的值了。系统调用也是，每次调用系统函数，我们的代码就会进入内核空间，导致上下文切换，这个是很耗资源，也要尽量避免频繁调用系统函数。上下文切换次数过多表示你的CPU大部分浪费在上下文切换，导致CPU干正经事的时间少了，CPU没有充分利用，是不可取的。

us 用户CPU时间，我曾经在一个做加密解密很频繁的服务器上，可以看到us接近100,r运行队列达到80(机器在做压力测试，性能表现不佳)。

sy 系统CPU时间，如果太高，表示系统调用时间长，例如是IO操作频繁。

id  空闲 CPU时间，一般来说，id + us + sy = 100,一般我认为id是空闲CPU使用率，us是用户CPU使用率，sy是系统CPU使用率。

wt 等待IO CPU时间。

实例

显示虚拟内存使用情况

$ vmstat 2 5   #每二秒显示一次系统内存的统计信息，总共5次

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa
 0  0      0 219908  62964 175548    0    0    46    12   12   17  0  1 99  0
 0  0      0 219900  62964 175548    0    0     0     0   12   14  0  0 100  0
 0  0      0 219900  62964 175548    0    0     0     0   11   11  0  1 100  0
 0  0      0 219900  62964 175548    0    0     0     0   10   11  0  0 100  0
 0  0      0 219900  62964 175548    0    0     0     0   10    9  0  0 100  0 

显示活跃和非活跃内存

字段说明：

• 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）

vmstat -a 2 5

查看系统已经fork了多少次

这个数据是从/proc/stat中的processes字段里取得的

vmstat -f

查看内存使用的详细信息

这些信息的分别来自于/proc/meminfo,/proc/stat和/proc/vmstat。

vmstat -s

查看磁盘的读/写

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.

vmstat -d

查看/dev/sda1磁盘的读/写

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。

$ df

文件系统                 1K-块      已用      可用 已用% 挂载点

/dev/sda3            1119336548  27642068 1034835500   3% /tmpfs                 32978376         0  32978376   0% /dev/shm

/dev/sda1              1032088     59604    920056   7% /boot


$ vmstat -p /dev/sda1

sda1          reads   read sectors  writes    requested writes

               18607    4249978          6         48[root@abc ~]# vmstat -p /dev/sda3

sda3          reads   read sectors  writes    requested writes

              429350   35176268   28998789  980301488[root@abc ~]#

查看系统的slab信息

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。

vmstat -m