系统资源与性能

系统资源与性能

CPU

基本概念
定界定位思路
常用CPU性能分析工具

基本概念

中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）是计算机的主要设备之一，其功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

物理核：可以真实看到的CPU核，有独立的电路元件以及L1、L2缓存，可以独立地执行指令。一个CPU可以有多个物理核。
逻辑核：在同一个物理核内，逻辑层面上存在的核。一般一个物理核对应一个线程，但是如果开启了超线程，当超线程数量为n时，一个物理核可以分成n个逻辑核。可以通过lscpu命令查看服务器中有多少个CPU，每个CPU中有几个物理核，以及每个CPU有几个逻辑核。

定界定位思路

常用CPU性能分析工具

uptime：可用于打印系统平均负载，最后三个数字表示系统在过去1分钟、5分钟和15分钟内的平均负载情况，可以判断平均负载的变化趋势。平均负载大于CPU数量时表示CPU不足以服务线程，部分线程在等待；平均负载小于CPU数量，代表当前还有余量。

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vmstat：可以动态地了解系统资源的使用情况，以及查看系统中是哪一个环节最占用系统资源。通过vmstat -h命令可以查看命令详解参数。例如：

#使用vmstat进行监测，每隔1秒刷新一次
vmstat 1

在命令的输出信息中，各字段所代表的含义如下：

字段	含义
procs	进程信息字段。
memory	内存信息字段。
swap	交换分区信息字段。
io	磁盘读/写信息字段。
system	系统信息字段。
cpu	CPU信息字段。-us：非内核进程消耗 CPU 运算时间的百分比。-sy：内核进程消耗 CPU 运算时间的百分比。-id：空闲。-wa：等待 I/O 所消耗的 CPU 百分比。-st：被虚拟机所盗用的 CPU 百分比。

sar：可用于分析系统性能，可以用来观察当前的活动以及配置，用以归档和报告历史统计信息。例如：

# 安装sysstat
yum install -y sysstat

# 查看系统CPU的整体负载情况，每3秒统计一次，共统计5次
sar -u 3 5

回显信息如下：

[root@openEuler ~]# sar -u 3 5
Linux 5.10.0-153.12.0.92.oe2203sp2.aarch64 (openEuler) 05/20/2023      _aarch64_      (4 CPU)

04:38:27 PM     CPU      %user     %nice     %system     %iowait     %steal     %idle
04:38:30 PM     all       0.00      0.00        0.00        0.00       0.00    100.00
04:38:33 PM     all       0.00      0.00        0.33        0.00       0.00     99.67
04:38:36 PM     all       0.00      0.00        0.00        0.00       0.00    100.00
04:38:39 PM     all       0.08      0.00        0.00        0.00       0.00     99.92
04:38:42 PM     all       0.00      0.00        0.08        0.00       0.00     99.92
Average:        all       0.02      0.00        0.08        0.00       0.00     99.90

在命令的输出信息中，各字段所代表的含义如下：

字段	含义
%user	用户模式下消耗的 CPU 时间的比例。
%nice	通过 nice 改变了进程调度优先级的进程，在用户模式下消耗的 CPU 时间的比例。
%system	系统模式下消耗的 CPU 时间的比例。
%iowait	CPU 等待磁盘 I/O 导致空闲状态消耗的时间比例。
%steal	利用操作系统等虚拟化技术，等待其他虚拟CPU计算占用的时间比例。
%idle	CPU空闲时间比例。

ps：可用于查看正在运行的进程。

# 查看系统中所有的进程，以及查看进程的父进程的 PID 和进程优先级
ps -le

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# 查看当前shell产生的进程
ps -l

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top：可以动态地持续监听进程的运行状态，显示最消耗CPU的进程。

top

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基本概念

内存是计算机的重要组成部件，用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬件等外部存储器交换的数据。特别地，非统一内存访问架构（non-uniform memory access，简称NUMA）是一种为多处理器的电脑设计的内存架构，内存访问时间取决于内存相对于处理器的位置。在NUMA下，处理器访问本地内存的速度比非本地内存速度（内存位于另一个处理器，或者是处理器之间共享的内存）快。

定位定界思路

常用内存分析工具/方式

free：可用于显示系统内存状态。

例如：

# 显示系统内存状态，以MB单位显示
free -m

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在命令的输出信息中，各字段所代表的含义如下：

标识	含义
total	总内存数。
used	已经使用的内存数。
free	空闲的内存数。
shared	多个进程共享的内存总数。
buff/cache	缓冲和缓存内存总数。
available	估计有多少内存可用于启动新应用程序，而不交换。

vmstat：可以动态地监控系统内存，查看系统内存的使用情况。

例如：

# 监测系统内存，显示活跃和非活跃内存
vmstat -a

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在命令的输出信息中，与内存相关的memory字段所代表的含义如下：

字段	含义
memory	内存信息字段。-swpd：虚拟内存的使用情况，单位为 KB。-free：空闲的内存容量，单位为 KB。-inact：非活跃的内存容量，单位为 KB。-active：活跃的内存容量，单位为 KB。

sar：可用于监控系统的内存使用情况。

例如：

# 系统内存在采样时间内的使用情况，每2秒统计一次，统计 3 次
sar -r 2 3

回显信息如下：

[root@openEuler ~]# sar -r 2 3
Linux 5.10.0-153.12.0.92.oe2203sp2.aarch64 (openEuler) 05/20/2023      _aarch64_      (4 CPU)

04:56:08 PM     kbmemfree     kbavail     kbmemused     %memused     kbbuffers     kbcached     kbcommit     %commint     kbactive     kbinact     kbdirty
04:56:10 PM        324264     2250588        188320         6.98        143160      1772412       787944        11.52       474668     1588704           0
04:56:12 PM        324264     2250588        188320         6.98        143160      1772412       787944        11.52       474668     1588704           0
04:56:14 PM        324296     2250620        188388         6.98        143160      1772412       787944        11.52       474668     1588772           0
Average:           324275     2250599        188309         6.98        143160      1772412       787944        11.52       474668     1588727           0

在命令的输出信息中，各字段所代表的含义如下：

字段	含义
kbmemfree	内存的未使用空间。
kbmemused	内存的已使用空间。
%memused	已使用空间的百分比。
kbbuffers	缓冲区的数据存取量。
kbcached	系统全域的数据存取量。

numactl：可用于查看NUMA节点配置和状态。

例如：

# 查看当前的NUMA配置
numactl -H

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服务器共划分为1个NUMA节点。每个节点包含4个CPU core，每个节点的内存大小约为6GB。同时，该命令还给出了不同节点间的距离，距离越远，跨NUMA内存访问的延时越大。应用程序运行时应减少跨NUMA访问内存。

5、numastat：可用于观察各个NUMA节点的状态

# 观察NUMA节点的状态
numastat

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numastat命令输出字段及其含义如下：

标识	含义
numa_hit	节点内CPU核访问本地内存的次数。
numa_miss	节点内核访问其他节点内存的次数。
numa_foreign	初始分配在本地，最后分配在其他节点的叶数量。每个numa_foreign对应numa_miss事件。
interleave_hit	interleave策略页成功分配到这个节点。
local_node	该节点的进程成功在这个节点上分配内存访问的大小。
other_node	该节点的进程在其他节点上分配的内存访问大小。

I/O

基本概念
定位定界思路
常用I/O性能分析工具

基本概念

I/O表示输入（Input）/输出（Output），输入指系统接收信号或数据的操作，输出指从系统发出信号或数据的操作。对于CPU 和主存储器的组合，任何信息传入或传出 CPU/内存组合，就会被认为是 I/O。

定位定界思路

常用I/O性能分析工具

iostat：可以汇报所有在线磁盘的统计信息。

例如：

# 详细显示磁盘信息，以KB为单位显示，以100秒为周期统计（命令本身不会主动停止，需要执行Ctrl+C手动停止）
iostat -d -k -x 100

# 详细显示磁盘信息，以KB为单位显示，以1秒为周期统计，总共统计100s
iostat -d -k -x 1 100

回显信息如下：

[root@openEuler ~]# iostat -d -k -x 1 100
Linux 5.10.0-153.12.0.92.oe2203sp2.aarch64 (openEuler) 05/20/2023      _aarch64_      (4 CPU)

Device  r/s  rkB/s  rrqm/s  %rrqm  r_await  rareq-sz  w/s  wKB/s  wrqm/s  %wrqm  w_await  wareq-sz  d/s  dKB/s  drqm/s  %drqm  d_await  dareq-sz  f/s  f_await  aqu-sz  %util
dm-0   0.00  0.00     0.00   0.00     0.00     0.00  0.00   0.00    0.00   0.00     0.00     0.00  0.00   0.00    0.00   0.00     0.00    0.00   0.00     0.00    0.00   0.00
dm-1   0.00  0.00     0.00   0.00     0.00     0.00  0.00   0.00    0.00   0.00     0.00     0.00  0.00   0.00    0.00   0.00     0.00    0.00   0.00     0.00    0.00   0.00
vda    0.00  0.00     0.00   0.00     0.00     0.00  0.00   0.00    0.00   0.00     0.00     0.00  0.00   0.00    0.00   0.00     0.00    0.00   0.00     0.00    0.00   0.00

在命令的输出信息中，各字段所代表的含义如下：

字段	含义
Device	监测设备名称。
r/s	设备每秒完成的读取请求数（合并后）。
rKB/s	每秒从磁盘读取KB数。
rrqm/s	每秒合并放入请求队列的读操作数。
%rrqm	读取请求在发送到设备之前合并在一起的百分比。
r_await	每个读请求耗费的平均时间。
rareq-sz	向设备发出的读取请求的平均大小（以KB为单位）。
w/s	设备每秒完成的写入请求数（合并后）。
wKB/s	每秒写入磁盘KB数。
wrqm/s	每秒合并放入请求队列的写操作数。
%wrqm	写入请求在发送到设备之前合并在一起的百分比。
w_await	每个写请求耗费的平均时间。
wareq-sz	向设备发出的写入请求的平均大小（以KB为单位）。
d/s	设备每秒完成的丢弃请求数。
dKB/s	每秒为设备丢弃的扇区（KB）数。
drqm/s	每秒合并到设备排队的丢弃请求数。
%drqm	丢弃请求在发送到设备之前合并在一起的百分比。
d_await	向要服务的设备发出丢弃请求的平均时间。
dareq-sz	向设备发出的丢弃请求的平均大小（以KB为单位）。
f/s	设备每秒完成的刷新请求数（合并后）。
f_await	向要服务的设备发出的刷新请求的平均时间。
aqu-sz	向设备发出的请求的平均队列长度。
%util	用于I/O操作时间的百分比，即使用率。

sar：可用于查看系统磁盘的读写性能。

例如：

# 显示系统所有硬盘设备在采样时间内的使用状态，每3秒统计一次，统计5次
sar -d 3 5

回显信息如下：

[root@openEuler ~]# sar -d 3 5
Linux 5.10.0-153.12.0.92.oe2203sp2.aarch64 (openEuler) 05/20/2023      _aarch64_      (4 CPU)

04:38:27 PM     DVE      tps     rkB/s     wkB/s     dkB/s     areq-sz     aqu-sz     await    %util
04:38:30 PM     vda     0.00      0.00      0.00      0.00        0.00       0.00      0.00     0.00
04:38:33 PM    dm-0     0.00      0.00      0.00      0.00        0.00       0.00      0.00     0.00
04:38:36 PM    dm-1     0.00      0.00      0.00      0.00        0.00       0.00      0.00     0.00

在命令的输出信息中，各字段所代表的含义如下：

标识	含义
tps	表示每秒完成的磁盘事务数量，其中事务可以是读取或写入操作。
rKB/s	每秒从设备读取的KB数。
wKB/s	每秒写入设备的KB数。
dKB/s	设备每秒丢弃的KB数。
areq-sz	向设备发出的I/O请求的平均大小（KB）。
aqu-sz	向设备发出的请求的平均队列长度。
await	向要服务的设备发出的I/O请求的平均时间。
%util	向设备发出I/O请求的已用时间百分比（设备的带宽利用率）。

vmstat

# 使用vmstat进行监测，报告磁盘相关统计信息
vmstat -d

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在命令的输出信息中，各字段所代表的含义如下：

字段	含义
reads	-total：已成功完成的读取总数。-merged：分组读取（导致一次I/O）。-sectors：扇区读取成功。-ms：读取花费的毫秒数。
writes	-total：已成功完成的写入总数。-merged：分组写入（导致一次I/O）。-sectors：写入成功的扇区。-ms：写入所花费的毫秒数。
IO	-cur：正在进行的 I/O 数。-sec：I/O 所花费的秒数。

系统资源与性能

CPU

基本概念

定界定位思路

常用CPU性能分析工具

内存

基本概念

定位定界思路

常用内存分析工具/方式

I/O

基本概念

定位定界思路

常用I/O性能分析工具

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