linux运维一天一个shell命令之vmstat详解

概念

vmstat 是 Linux 系统中一个非常有用的工具，主要用于报告系统的虚拟内存、进程、CPU 活动和 IO 性能等信息。以下是对 vmstat 工具的详细解释：

基本语法

vmstat [options] [delay  [count]]delay：更新的时间间隔（以秒为单位）。
count：更新的次数。

• 例如，要每秒报告一次系统状态并报告 5 次，可以使用以下命令：

vmstat 1 5

输出字段

vmstat 的输出包含多个字段，每个字段代表不同的系统指标。以下是这些字段的详细解释：

Procs

r：运行队列中的进程数（运行或等待 CPU）
b：在不可中断睡眠中的进程数（一般等待 IO）

Memory

swpd：已交换到磁盘的内存总量（单位是 KB）
free：空闲内存总量（单位是 KB）
buff：用于缓冲的内存总量（单位是 KB）
cache：用于缓存的内存总量（单位是 KB）

Swap

si：从磁盘交换进内存的交换页数（单位是 KB/s）。
so：从内存交换到磁盘的交换页数（单位是 KB/s）。

IO

bi：从块设备（如磁盘）读取的数据块数（单位是块/s）。
bo：写到块设备（如磁盘）上的数据块数（单位是块/s）。

System

in：每秒中断数，包括时钟中断。
cs：每秒上下文切换数。

CPU

us：用户态 CPU 时间百分比。
sy：系统态 CPU 时间百分比。
id：空闲 CPU 时间百分比。
wa：等待 IO CPU 时间百分比。
st：被虚拟机窃取的 CPU 时间百分比。

选项

参数

vmstat 提供了一些可选参数，用于调整输出格式或显示特定的信息。常用的选项包括：

-a：显示活跃和非活跃内存。
-d：显示磁盘状态。
-s：显示内存相关的统计信息。
-t：显示时间戳。
-S：设置输出统计信息的单位（K = 1000，M = 1000000）。

示例

1. 每秒更新一次，持续 5 次
vmstat 1 52. 显示磁盘统计信息
vmstat -d3. 显示内存统计信息
vmstat -s4. 显示带时间戳的统计信息
vmstat -t

解析示例输出

以下是 vmstat 的示例输出：

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  79324  1136 104664    0    0     1     1    1    2  0  0 99  0  0

• procs：

r = 1：有一个进程正在运行或等待 CPU。
b = 0：没有进程在等待 IO。

• memory：

swpd = 0：没有交换内存。
free = 79324：有 79324 KB 的空闲内存。
buff = 1136：有 1136 KB 的内存用于缓冲。
cache = 104664：有 104664 KB 的内存用于缓存。

• swap：

si = 0：没有从磁盘交换进内存的数据。
so = 0：没有从内存交换到磁盘的数据。

• io：

bi = 1：每秒从块设备读取 1 个数据块。
bo = 1：每秒写到块设备 1 个数据块。

• system：

in = 1：每秒 1 个中断。
cs = 2：每秒 2 个上下文切换。

cpu：

us = 0：用户态 CPU 时间占 0%。
sy = 0：系统态 CPU 时间占 0%。
id = 99：空闲 CPU 时间占 99%。
wa = 0：等待 IO 的 CPU 时间占 0%。
st = 0：被虚拟机窃取的 CPU 时间占 0%。

如何使用vmstat排查系统问题

分析步骤

使用 vmstat 工具可以帮助你深入了解系统的性能问题，包括 CPU 使用率、内存利用率、IO 性能和进程活动等

1. 高 CPU 使用率
   如果系统的 CPU 使用率持续高于 80%，可能会导致性能问题。诊断步骤：
   运行 vmstat，查看 us（用户态 CPU 使用率）和 sy（系统态 CPU 使用率）。

vmstat 1 5

• 如果 us 高，表示大部分 CPU 时间花在用户态应用程序上，可能需要优化应用程序的性能。
• 如果 sy 高，表示系统调用或内核活动占用了较多 CPU 资源，可能需要查看内核活动或驱动程序的性能。
• 如果 wa（IO 等待时间）高，表示 CPU 等待 IO 操作完成，可能是磁盘或网络 IO 成为瓶颈。

2. 内存不足
   内存不足会导致系统性能下降，甚至出现交换（swap）操作。诊断步骤：
   运行 vmstat，查看 free（空闲内存）、buff（缓冲区内存）和 cache（缓存内存）。

vmstat 1 5

• 如果 free 内存比较低，但 buff 和 cache 较高，表示内存大部分用于缓冲和缓存，这是正常的。
• 查看 si（swap in）和 so（swap out）。如果这两个值较高，表示系统正在频繁使用交换空间，可能需要增加物理内存或优化应用程序的内存使用。

3. IO 性能问题
   高磁盘 IO 使用率会导致系统性能下降。诊断步骤：
   运行 vmstat，查看 bi（块设备读取）和 bo（块设备写入）。

vmstat 1 5

• 如果 bi 和 bo 值较高，表示磁盘 IO 活动频繁，可能需要优化磁盘使用或考虑使用更快的存储设备。
• 高 wa（等待 IO CPU 时间）也表示系统可能存在 IO 瓶颈。

4. 进程问题
   系统中可能有过多的进程在运行，导致性能问题。诊断步骤：
   运行 vmstat，查看 r（运行队列中的进程数）和 b（在不可中断睡眠中的进程数）。

vmstat 1 5

• 如果 r 值持续高于 CPU 核心数，表示系统中有许多进程在等待 CPU，可能需要优化应用程序或增加 CPU 核心数。
• 如果 b 值较高，表示有很多进程在等待 IO 操作完成，可能需要优化 IO 性能。

示例分析

假设 vmstat 输出如下：

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----r  b   swpd   free    buff  cache   si   so   bi    bo   in   cs  us  sy  id  wa  st2  1      0  10000   2000  30000    0    0   50    50   100 200  60  30   5   5   0

分析

1. CPU 使用率：

• us = 60：用户态 CPU 使用率较高，表示应用程序占用了大部分 CPU 资源。
• sy = 30：系统态 CPU 使用率也较高，可能是系统调用或内核活动频繁。
• id = 5：空闲 CPU 时间较少，CPU 处于高负载状态。
• wa = 5：有一些 IO 等待时间，但不是主要瓶颈。

2. 内存：

• free = 10000：空闲内存较少。
• buff = 2000，cache = 30000：大部分内存用于缓冲和缓存，这是正常现象。
• swpd = 0：没有使用交换空间。

3. IO：

• bi = 50，bo = 50：磁盘 IO 频繁，但 wa 值较低，表示 IO 不是主要瓶颈。

4. 进程：

• r = 2：有两个进程在运行队列中，等待 CPU。
• b = 1：一个进程在等待 IO 操作。

结论

• CPU 负载较高，主要是因为用户态和系统态 CPU 使用率都很高。
• 内存基本充足，没有使用交换空间。
• IO 活动频繁，但不是主要瓶颈。
• 进程队列中有进程在等待 CPU。

解决措施

• 优化应用程序以减少 CPU 使用。
• 检查和优化系统调用或内核活动。
• 考虑增加 CPU 核心数，以处理更多的并发进程。