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當你發(fā)現 Linux 服務(wù)器上的系統性能問(wèn)題，在最開(kāi)始的 1 分鐘時(shí)間里，你會(huì )查看哪些系統指標呢?

Netflix 在 AWS 上有著(zhù)大規模的 EC2 集群，以及各種各樣的性能分析和監控工具。比如我們使用 Atlas 來(lái)監控整個(gè)平臺，用 Vector 實(shí)時(shí)分析 EC2 實(shí)例的性能。這些工具已經(jīng)能夠幫助我們解決大部分的問(wèn)題，但是有時(shí)候我們還是要登錄進(jìn)機器內部，用一些標準的 Linux 性能分析工具來(lái)定位問(wèn)題。

在這篇文章里，Netflix 性能工程團隊會(huì )介紹一些我們使用的標準的 Linux 命令行工具，在發(fā)現問(wèn)題的前 60 秒內去分析和定位問(wèn)題。在這 60 秒內，你可以使用下面這 10 個(gè)命令行了解系統整體的運行情況，以及當前運行的進(jìn)程對資源的使用情況。在這些指標里面，我們先關(guān)注和錯誤、以及和資源飽和率相關(guān)的指標，然后再看資源使用率。相對來(lái)講，錯誤和資源飽和率比較容易理解。飽和的意思是指一個(gè)資源(CPU，內存，磁盤(pán))上的負載超過(guò)了它能夠處理的能力，這時(shí)候我們觀(guān)察到的現象就是請求隊列開(kāi)始堆積，或者請求等待的時(shí)間變長(cháng)。

uptime dmesg | tail vmstat 1 mpstat -P ALL 1 pidstat 1 iostat -xz 1 free -m sar -n DEV 1 sar -n TCP,ETCP 1 top

有些命令行依賴(lài)于 sysstat 包。通過(guò)這些命令行的使用，你可以熟悉一下分析系統性能問(wèn)題時(shí)常用的一套方法或者流程：USE 。這個(gè)方法主要從資源使用率(Utilization)、資源飽和度(Satuation)、錯誤(Error)，這三個(gè)方面對所有的資源進(jìn)行分析(CPU，內存，磁盤(pán)等等)。在這個(gè)分析的過(guò)程中，我們也要時(shí)刻注意我們已經(jīng)排除過(guò)的資源問(wèn)題，以便縮小我們定位的范圍，給下一步的定位提供更明確的方向。

下面的章節對每個(gè)命令行做了一個(gè)說(shuō)明，并且使用了我們在生產(chǎn)環(huán)境的數據作為例子。對這些命令行更詳細的描述，請查看相應的幫助文檔。

1. uptime

$ uptime  23:51:26 up 21:31, 1 user, load average: 30.02, 26.43, 19.02

這個(gè)命令能很快地檢查系統平均負載，你可以認為這個(gè)負載的值顯示的是有多少任務(wù)在等待運行。在 Linux 系統里，這包含了想要或者正在使用 CPU 的任務(wù)，以及在 io 上被阻塞的任務(wù)。這個(gè)命令能使我們對系統的全局狀態(tài)有一個(gè)大致的了解，但是我們依然需要使用其它工具獲取更多的信息。

這三個(gè)值是系統計算的 1 分鐘、5 分鐘、15 分鐘的指數加權的動(dòng)態(tài)平均值，可以簡(jiǎn)單地認為就是這個(gè)時(shí)間段內的平均值。根據這三個(gè)值，我們可以了解系統負載隨時(shí)間的變化。比如，假設現在系統出了問(wèn)題，你去查看這三個(gè)值，發(fā)現 1 分鐘的負載值比 15 分鐘的負載值要小很多，那么你很有可能已經(jīng)錯過(guò)了系統出問(wèn)題的時(shí)間點(diǎn)。

在上面這個(gè)例子里面，負載的平均值顯示 1 分鐘為 30，比 15 分鐘的 19 相比增長(cháng)較多。有很多原因會(huì )導致負載的增加，也許是 CPU 不夠用了;vmstat 或者 mpstat 可以進(jìn)一步確認問(wèn)題在哪里。

2. dmesg | tail

$ dmesg | tail [1880957.563150] perl invoked oom-killer: gfp_mask=0x280da, order=0, oom_score_adj=0 [...] [1880957.563400] Out of memory: Kill process 18694 (perl) score 246 or sacrifice child [1880957.563408] Killed process 18694 (perl) total-vm:1972392kB, anon-rss:1953348kB, file-rss:0kB [2320864.954447] TCP: Possible SYN flooding on port 7001. Dropping request.  Check SNMP count

這個(gè)命令顯示了最新的幾條系統日志。這里我們主要找一下有沒(méi)有一些系統錯誤會(huì )導致性能的問(wèn)題。上面的例子包含了 oom-killer 以及 TCP 丟包。

不要略過(guò)這一步!dmesg 永遠值得看一看。

3. vmstat 1

$ vmstat 1 procs ---------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu----- r  b swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st 34  0    0 200889792  73708 591828    0    0     0     5    6   10 96  1  3  0  0 32  0    0 200889920  73708 591860    0    0     0   592 13284 4282 98  1  1  0  0 32  0    0 200890112  73708 591860    0    0     0     0 9501 2154 99  1  0  0  0 32  0    0 200889568  73712 591856    0    0     0    48 11900 2459 99  0  0  0  0 32  0    0 200890208  73712 591860    0    0     0     0 15898 4840 98  1  1  0  0 ^C

vmstat 展示了虛擬內存、CPU 的一些情況。上面這個(gè)例子里命令行的 1 表示每隔 1 秒鐘顯示一次。在這個(gè)版本的 vmstat 里，第一行表示了這一次啟動(dòng)以來(lái)的各項指標，我們可以暫時(shí)忽略掉第一行。

需要查看的指標：

• r：處在 runnable 狀態(tài)的任務(wù)，包括正在運行的任務(wù)和等待運行的任務(wù)。這個(gè)值比平均負載能更好地看出 CPU 是否飽和。這個(gè)值不包含等待 io 相關(guān)的任務(wù)。當 r 的值比當前 CPU 個(gè)數要大的時(shí)候，系統就處于飽和狀態(tài)了。
• free：以 KB 計算的空閑內存大小。
• si，so：換入換出的內存頁(yè)。如果這兩個(gè)值非零，表示內存不夠了。
• us，sy，id，wa，st：CPU 時(shí)間的各項指標(對所有 CPU 取均值)，分別表示：用戶(hù)態(tài)時(shí)間，內核態(tài)時(shí)間，空閑時(shí)間，等待 io，偷取時(shí)間(在虛擬化環(huán)境下系統在其它租戶(hù)上的開(kāi)銷(xiāo))

把用戶(hù)態(tài) CPU 時(shí)間(us)和內核態(tài) CPU 時(shí)間(sy)加起來(lái)，我們可以進(jìn)一步確認 CPU 是否繁忙。等待 IO 的時(shí)間 (wa)高的話(huà)，表示磁盤(pán)是瓶頸;注意，這個(gè)也被包含在空閑時(shí)間里面(id)， CPU 這個(gè)時(shí)候也是空閑的，任務(wù)此時(shí)阻塞在磁盤(pán) IO 上了。你可以把等待 IO 的時(shí)間(wa)看做另一種形式的 CPU 空閑，它可以告訴你 CPU 為什么是空閑的。

系統處理 IO 的時(shí)候，肯定是會(huì )消耗內核態(tài)時(shí)間(sy)的。如果內核態(tài)時(shí)間較多的話(huà)，比如超過(guò) 20%，我們需要進(jìn)一步分析，也許內核對 IO 的處理效率不高。

在上面這個(gè)例子里，CPU 時(shí)間大部分都消耗在了用戶(hù)態(tài)，表明主要是應用層的代碼在使用 CPU。CPU 利用率 (us + sy)也超過(guò)了 90%，這不一定是一個(gè)問(wèn)題;我們可以通過(guò) r 和 CPU 個(gè)數確定 CPU 的飽和度。

4. mpstat -P ALL 1

$ mpstat -P ALL 1 Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx)  07/14/2015  _x86_64_ (32 CPU)07:38:49 PM  CPU   %usr  %nice   %sys %iowait   %irq  %soft  %steal  %guest  %gnice  %idle 07:38:50 PM  all  98.47   0.00   0.75    0.00   0.00   0.00    0.00    0.00    0.00   0.78 07:38:50 PM    0  96.04   0.00   2.97    0.00   0.00   0.00    0.00    0.00    0.00   0.99 07:38:50 PM    1  97.00   0.00   1.00    0.00   0.00   0.00    0.00    0.00    0.00   2.00 07:38:50 PM    2  98.00   0.00   1.00    0.00   0.00   0.00    0.00    0.00    0.00   1.00 07:38:50 PM    3  96.97   0.00   0.00    0.00   0.00   0.00    0.00    0.00    0.00   3.03 [...]

這個(gè)命令把每個(gè) CPU 的時(shí)間都打印出來(lái)，可以看看 CPU 對任務(wù)的處理是否均勻。比如，如果某一單個(gè) CPU 使用率很高的話(huà)，說(shuō)明這是一個(gè)單線(xiàn)程應用。

5. pidstat 1

$ pidstat 1 Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx)  07/14/2015    _x86_64_    (32 CPU)07:41:02 PM   UID       PID    %usr %system  %guest    %CPU   CPU  Command 07:41:03 PM     0         9    0.00    0.94    0.00    0.94     1  rcuos/0 07:41:03 PM     0      4214    5.66    5.66    0.00   11.32    15  mesos-slave 07:41:03 PM     0      4354    0.94    0.94    0.00    1.89     8  java 07:41:03 PM     0      6521 1596.23    1.89    0.00 1598.11    27  java 07:41:03 PM     0      6564 1571.70    7.55    0.00 1579.25    28  java 07:41:03 PM 60004     60154    0.94    4.72    0.00    5.66     9  pidstat07:41:03 PM   UID       PID    %usr %system  %guest    %CPU   CPU  Command 07:41:04 PM     0      4214    6.00    2.00    0.00    8.00    15  mesos-slave 07:41:04 PM     0      6521 1590.00    1.00    0.00 1591.00    27  java 07:41:04 PM     0      6564 1573.00   10.00    0.00 1583.00    28  java 07:41:04 PM   108      6718    1.00    0.00    0.00    1.00     0  snmp-pass 07:41:04 PM 60004     60154    1.00    4.00    0.00    5.00     9  pidstat ^C

pidstat 和 top 很像，不同的是它可以每隔一個(gè)間隔打印一次，而不是像 top 那樣每次都清屏。這個(gè)命令可以方便地查看進(jìn)程可能存在的行為模式，你也可以直接 copy past，可以方便地記錄隨著(zhù)時(shí)間的變化，各個(gè)進(jìn)程運行狀況的變化。

上面的例子說(shuō)明有 2 個(gè) Java 進(jìn)程消耗了大量 CPU。這里的 %CPU 表明的是對所有 CPU 的值，比如 1591% 標識這個(gè) Java 進(jìn)程幾乎消耗了 16 個(gè) CPU。

6. iostat -xz 1

$ iostat -xz 1 Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx)  07/14/2015  x86_64 (32 CPU) avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle 73.96    0.00    3.73    0.03    0.06   22.21 Device:   rrqm/s   wrqm/s     r/s     w/s    rkB/s    wkB/s avgrq-sz avgqu-sz   await r_await w_await  svctm  %util xvda        0.00     0.23    0.21    0.18     4.52     2.08    34.37     0.00    9.98   13.80    5.42   2.44   0.09 xvdb        0.01     0.00    1.02    8.94   127.97   598.53   145.79     0.00    0.43    1.78    0.28   0.25   0.25 xvdc        0.01     0.00    1.02    8.86   127.79   595.94   146.50     0.00    0.45    1.82    0.30   0.27   0.26 dm-0        0.00     0.00    0.69    2.32    10.47    31.69    28.01     0.01    3.23    0.71    3.98   0.13   0.04 dm-1        0.00     0.00    0.00    0.94     0.01     3.78     8.00     0.33  345.84    0.04  346.81   0.01   0.00 dm-2        0.00     0.00    0.09    0.07     1.35     0.36    22.50     0.00    2.55    0.23

iostat 是理解塊設備(磁盤(pán))的當前負載和性能的重要工具。幾個(gè)指標的含義：

• r/s，w/s，rkB/s，wkB/s：系統發(fā)往設備的每秒的讀次數、每秒寫(xiě)次數、每秒讀的數據量、每秒寫(xiě)的數據量。這幾個(gè)指標反映的是系統的工作負載。系統的性能問(wèn)題很有可能就是負載太大。
• await：系統發(fā)往 IO 設備的請求的平均響應時(shí)間。這包括請求排隊的時(shí)間，以及請求處理的時(shí)間。超過(guò)經(jīng)驗值的平均響應時(shí)間表明設備處于飽和狀態(tài)，或者設備有問(wèn)題。
• avgqu-sz：設備請求隊列的平均長(cháng)度。隊列長(cháng)度大于 1 表示設備處于飽和狀態(tài)。
• %util：設備利用率。設備繁忙的程度，表示每一秒之內，設備處理 IO 的時(shí)間占比。大于 60% 的利用率通常會(huì )導致性能問(wèn)題(可以通過(guò) await 看到)，但是每種設備也會(huì )有有所不同。接近 100% 的利用率表明磁盤(pán)處于飽和狀態(tài)。

如果這個(gè)塊設備是一個(gè)邏輯塊設備，這個(gè)邏輯快設備后面有很多物理的磁盤(pán)的話(huà)，100% 利用率只能表明有些 IO 的處理時(shí)間達到了 100%;后端的物理磁盤(pán)可能遠遠沒(méi)有達到飽和狀態(tài)，可以處理更多的負載。

還有一點(diǎn)需要注意的是，較差的磁盤(pán) IO 性能并不一定意味著(zhù)應用程序會(huì )有問(wèn)題。應用程序可以有許多方法執行異步 IO，而不會(huì )阻塞在 IO 上面;應用程序也可以使用諸如預讀取，寫(xiě)緩沖等技術(shù)降低 IO 延遲對自身的影響。

7. free -m

$ free -m          total       used       free     shared    buffers     cached Mem:        245998      24545     221453         83         59        541 -/+ buffers/cache:      23944     222053 Swap:

右邊的兩列顯式：

• buffers：用于塊設備 I/O 的緩沖區緩存。
• cached：用于文件系統的頁(yè)面緩存。

我們只是想要檢查這些不接近零的大小，其可能會(huì )導致更高磁盤(pán) I/O(使用 iostat 確認)，和更糟糕的性能。上面的例子看起來(lái)還不錯，每一列均有很多 M 個(gè)大小。

比起第一行，-/+ buffers/cache 提供的內存使用量會(huì )更加準確些。Linux 會(huì )把暫時(shí)用不上的內存用作緩存，一旦應用需要的時(shí)候就立刻重新分配給它。所以部分被用作緩存的內存其實(shí)也算是空閑的內存。為了解釋這一點(diǎn)， 甚至有人專(zhuān)門(mén)建了個(gè)網(wǎng)站：http://www.linuxatemyram.com/。

如果使用 ZFS 的話(huà)，可能會(huì )有點(diǎn)困惑。ZFS 有自己的文件系統緩存，在 free -m 里面看不到;系統看起來(lái)空閑內存不多了，但是有可能 ZFS 有很多的緩存可用。

8. sar -n DEV 1

$ sar -n DEV 1 Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx)  07/14/2015     _x86_64_    (32 CPU)12:16:48 AM     IFACE   rxpck/s   txpck/s    rxkB/s    txkB/s   rxcmp/s   txcmp/s  rxmcst/s   %ifutil 12:16:49 AM      eth0  18763.00   5032.00  20686.42    478.30      0.00      0.00      0.00      0.00 12:16:49 AM        lo     14.00     14.00      1.36      1.36      0.00      0.00      0.00      0.00 12:16:49 AM   docker0      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.0012:16:49 AM     IFACE   rxpck/s   txpck/s    rxkB/s    txkB/s   rxcmp/s   txcmp/s  rxmcst/s   %ifutil 12:16:50 AM      eth0  19763.00   5101.00  21999.10    482.56      0.00      0.00      0.00      0.00 12:16:50 AM        lo     20.00     20.00      3.25      3.25      0.00      0.00      0.00      0.00 12:16:50 AM   docker0      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00 ^C

這個(gè)工具可以查看網(wǎng)絡(luò )接口的吞吐量：rxkB/s 和 txkB/s 可以測量負載，也可以看是否達到網(wǎng)絡(luò )流量限制了。在上面的例子里，eth0 的吞吐量達到了大約 22 Mbytes/s，差不多 176 Mbits/sec ，比 1 Gbit/sec 還要少很多。

這個(gè)例子里也有 %ifutil 標識設備利用率，我們也用 Brenan 的 nicstat tool 測量。和 nicstat 一樣，這個(gè)設備利用率很難測量正確，上面的例子里好像這個(gè)值還有點(diǎn)問(wèn)題。

9. sar -n TCP,ETCP 1

$ sar -n TCP,ETCP 1 Linux 3.13.0-49-generic (titanclusters-xxxxx)  07/14/2015    _x86_64_    (32 CPU)12:17:19 AM  active/s passive/s    iseg/s    oseg/s 12:17:20 AM      1.00      0.00  10233.00  18846.0012:17:19 AM  atmptf/s  estres/s retrans/s isegerr/s   orsts/s 12:17:20 AM      0.00      0.00      0.00      0.00      0.0012:17:20 AM  active/s passive/s    iseg/s    oseg/s 12:17:21 AM      1.00      0.00   8359.00   6039.0012:17:20 AM  atmptf/s  estres/s retrans/s isegerr/s   orsts/s 12:17:21 AM      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00 ^C

這是對 TCP 重要指標的一些概括，包括：

• active/s：每秒鐘本地主動(dòng)開(kāi)啟的 TCP 連接，也就是本地程序使用 connect() 系統調用
• passive/s：每秒鐘從源端發(fā)起的 TCP 連接，也就是本地程序使用 accept() 所接受的連接
• retrans/s：每秒鐘的 TCP 重傳次數
• atctive 和 passive 的數目通?？梢杂脕?lái)衡量服務(wù)器的負載：接受連接的個(gè)數(passive)，下游連接的個(gè)數(active)?？梢院?jiǎn)單認為 active 為出主機的連接，passive 為入主機的連接;但這個(gè)不是很?chē)栏竦恼f(shuō)法，比如 loalhost 和 localhost 之間的連接。

重傳表示網(wǎng)絡(luò )或者服務(wù)器的問(wèn)題。也許是網(wǎng)絡(luò )不穩定了，也許是服務(wù)器負載過(guò)重開(kāi)始丟包了。上面這個(gè)例子表示每秒只有 1 個(gè)新連接建立。

10. top

$ top top - 00:15:40 up 21:56,  1 user,  load average: 31.09, 29.87, 29.92 Tasks: 871 total,   1 running, 868 sleeping,   0 stopped,   2 zombie %Cpu(s): 96.8 us,  0.4 sy,  0.0 ni,  2.7 id,  0.1 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st KiB Mem:  25190241+total, 24921688 used, 22698073+free,    60448 buffers KiB Swap:        0 total,        0 used,        0 free.   554208 cached MemPID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND 20248 root      20   0  0.227t 0.012t  18748 S  3090  5.2  29812:58 java 4213 root      20   0 2722544  64640  44232 S  23.5  0.0 233:35.37 mesos-slave 66128 titancl+  20   0   24344   2332   1172 R   1.0  0.0   0:00.07 top 5235 root      20   0 38.227g 547004  49996 S   0.7  0.2   2:02.74 java 4299 root      20   0 20.015g 2.682g  16836 S   0.3  1.1  33:14.42 java  1 root      20   0   33620   2920   1496 S   0.0  0.0   0:03.82 init  2 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.02 kthreadd  3 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:05.35 ksoftirqd/0  5 root       0 -20       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.00 kworker/0:0H  6 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:06.94 kworker/u256:0  8 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   2:38.05 rcu_sched

top 命令涵蓋了我們前面講述的許多指標。我們可以用它來(lái)看和我們之前查看的結果有沒(méi)有很大的不同，如果有的話(huà)，那表示系統的負載在變化。

top 的缺點(diǎn)就是你很難找到這些指標隨著(zhù)時(shí)間的一些行為模式，在這種情況下，vmstat 或者 pidstat 這種可以提供滾動(dòng)輸出的命令是更好的方式。如果你不以足夠快的速度暫停輸出(Ctrl-S 暫停，Ctrl-Q 繼續)，一些間歇性問(wèn)題的線(xiàn)索也可能由于被清屏而丟失。

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