vmstat命令介绍

在 Linux 系统中，vmstat（Virtual Memory Statistics）是一个非常有用的命令行工具，用于报告虚拟内存、进程、CPU 活动和 I/O 状态等系统性能指标。它提供了丰富的系统运行时数据，可以帮助系统管理员诊断性能瓶颈和了解系统负载。

1. vmstat 命令的基本用法

vmstat [options] [delay [count]]

• options：可以选择多个选项来定制输出的内容。
• delay：指定数据报告的间隔时间（秒），默认为 1 秒。
• count：指定报告的次数，默认为无限次。

例如，运行 vmstat 1 5 会每秒钟报告一次数据，总共报告 5 次。

2. vmstat 命令输出解析

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- ----cpu----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 1  0      0  102732  19460 264896    0    0    15    28  380  409  1  1 98  0  0

输出字段说明：

• procs：

  • r：运行队列中等待 CPU 时间片的进程数。该值反映了系统的 CPU 负载情况。
  • b：处于不可中断等待状态的进程数（通常是等待 I/O）。

• memory：

  • swpd：已使用的交换空间大小（以 KB 为单位）。当物理内存不足时，Linux 会将一部分内存交换到硬盘的交换分区中。
  • free：空闲内存的大小（以 KB 为单位）。
  • buff：用于存放文件系统缓冲区的内存（以 KB 为单位）。这是操作系统为了提高文件系统性能而使用的缓存。
  • cache：用于存放页面缓存的内存（以 KB 为单位）。Linux 使用这一缓存来加速文件的读取操作。

• swap：

  • si：从交换空间读取的内存量（以 KB 为单位）。如果此值较高，表示系统正在频繁交换内存，可能导致性能下降。
  • so：写入到交换空间的内存量（以 KB 为单位）。如果该值较高，表示系统正在将内存数据写入交换分区，通常是因为内存紧张。

• io：

  • bi：从块设备读取的每秒数据块数（以 KB 为单位）。
  • bo：向块设备写入的每秒数据块数（以 KB 为单位）。

• system：

  • in：每秒中断的次数（包括时钟中断）。中断次数过高可能会导致 CPU 负载过重。
  • cs：每秒上下文切换的次数。频繁的上下文切换可能意味着系统有过多的进程或线程，可能会导致性能下降。

• cpu：

  • us：用户进程占用的 CPU 时间百分比，不包括优先级较低的进程。
  • sy：系统（内核）进程占用的 CPU 时间百分比。
  • id：CPU 空闲时间的百分比。空闲时间越多，表示系统负载较轻。
  • wa：等待 I/O 操作的 CPU 时间百分比。高 I/O 等待时间可能表示磁盘或网络瓶颈。
  • st：虚拟化环境下的 CPU 被“偷走”的百分比。此值通常仅在虚拟机中看到，表示虚拟机监控程序为其他虚拟机分配的 CPU 时间。

3. vmstat 输出的解读与性能调优

(1) 内存管理

• 高 swpd 值：表示系统正在使用交换空间，可能是内存不足的表现。为了避免频繁的交换操作，建议增加物理内存或优化程序的内存使用。
• 低 free 和高 buff 或 cache 值：表示系统已充分利用物理内存，并将空闲内存用于缓存数据，这有助于提高文件访问的速度。

(2) CPU 负载

• r 值高：运行队列中的进程数多，意味着系统的 CPU 正在繁忙地处理请求。如果 r 值过高，可能会导致系统响应延迟，建议检查是否存在过多的高优先级进程。
• wa 值高：CPU 在等待 I/O 操作时消耗大量时间，这通常意味着磁盘或网络是性能瓶颈。此时需要检查磁盘 I/O 或网络延迟。

(3) I/O 性能

• 高 bi 或 bo 值：表示系统的 I/O 操作非常频繁。如果磁盘 I/O 操作过多，可能会导致系统响应缓慢或 CPU 等待时间增加。此时可以考虑优化磁盘访问方式、增加磁盘缓存或升级硬件。
• si 和 so 高值：表示交换空间的读取和写入非常活跃，可能表明内存紧张，需要增加物理内存或优化应用程序的内存使用。

(4) 系统调优

• 高 cs 值：表示频繁的上下文切换，可能是因为进程过多或进程切换过于频繁。可以考虑减少进程数量，或调整系统的调度策略。
• in 值高：系统中断频繁，可能是硬件或驱动程序的问题。可以使用 iostat 等工具进一步分析硬件 I/O 性能。

4. 示例分析

假设执行以下命令：

vmstat 1 5

输出：

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- ----cpu----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 1  0      0  102732  19460 264896    0    0    15    28  380  409  1  1 98  0  0
 2  0      0  102730  19460 264896    0    0    20    30  400  430  2  2 96  0  0
 0  1      0  102728  19460 264896    0    0    18    28  390  400  1  1 97  0  0
 1  0      0  102725  19460 264896    0    0    19    32  395  420  1  1 97  0  0
 2  0      0  102722  19460 264896    0    0    17    27  380  410  1  1 98  0  0

分析：

• r 值为 1 到 2，意味着系统的 CPU 负载轻微，运行队列中的进程数不多。
• free 值为 102732 KB，表示系统空闲内存足够，没有明显的内存压力。
• bi 和 bo 值较低，磁盘 I/O 活动较少，磁盘负载不重。
• us 值为 1 到 2，表示 CPU 的大部分时间用于用户进程，系统的 CPU 使用较为正常。

5. 总结

vmstat 命令提供了系统的关键性能指标，尤其是在内存、CPU、I/O 和上下文切换等方面的表现。通过合理解读 vmstat 输出，系统管理员能够快速识别潜在的性能瓶颈，并采取有效的调优措施。对于频繁出现的内存交换、CPU 饱和或 I/O 瓶颈等问题，及时诊断和解决能够显著提高系统的稳定性和响应速度。