vmstat是Virtual Meomory Statistics(虛擬內(nèi)存統(tǒng)計)的縮寫，可對操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存、進程、CPU活動進行監(jiān)控。他是對系統(tǒng)的整體情況進行統(tǒng)計，不足之處是無法對某個進程進行深入分析。vmstat 工具提供了一種低開銷的系統(tǒng)性能觀察方式。因為 vmstat 本身就是低開銷工具，在非常高負荷的服務(wù)器上，需要查看并監(jiān)控系統(tǒng)的健康情況,在控制窗口還是能夠使用vmstat 輸出結(jié)果。在學(xué)習(xí)vmstat命令前，我們先了解一下Linux系統(tǒng)中關(guān)于物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存相關(guān)信息。
物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存區(qū)別：
我們知道，直接從物理內(nèi)存讀寫數(shù)據(jù)要比從硬盤讀寫數(shù)據(jù)要快的多，因此，我們希望所有數(shù)據(jù)的讀取和寫入都在內(nèi)存完成，而內(nèi)存是有限的，這樣就引出了物理內(nèi)存與虛擬內(nèi)存的概念。
物理內(nèi)存就是系統(tǒng)硬件提供的內(nèi)存大小，是真正的內(nèi)存，相對于物理內(nèi)存，在linux下還有一個虛擬內(nèi)存的概念，虛擬內(nèi)存就是為了滿足物理內(nèi)存的不足而提出的策略，它是利用磁盤空間虛擬出的一塊邏輯內(nèi)存，用作虛擬內(nèi)存的磁盤空間被稱為交換空間(Swap Space)。
作為物理內(nèi)存的擴展，linux會在物理內(nèi)存不足時，使用交換分區(qū)的虛擬內(nèi)存，更詳細的說，就是內(nèi)核會將暫時不用的內(nèi)存塊信息寫到交換空間，這樣以來，物理內(nèi)存得到了釋放，這塊內(nèi)存就可以用于其它目的，當(dāng)需要用到原始的內(nèi)容時，這些信息會被重新從交換空間讀入物理內(nèi)存。
linux的內(nèi)存管理采取的是分頁存取機制，為了保證物理內(nèi)存能得到充分的利用，內(nèi)核會在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)⑽锢韮?nèi)存中不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)塊自動交換到虛擬內(nèi)存中，而將經(jīng)常使用的信息保留到物理內(nèi)存。
要深入了解linux內(nèi)存運行機制，需要知道下面提到的幾個方面：
首先，Linux系統(tǒng)會不時的進行頁面交換操作，以保持盡可能多的空閑物理內(nèi)存，即使并沒有什么事情需要內(nèi)存，Linux也會交換出暫時不用的內(nèi)存頁面。這可以避免等待交換所需的時間。
其次，linux進行頁面交換是有條件的，不是所有頁面在不用時都交換到虛擬內(nèi)存，linux內(nèi)核根據(jù)”最近最經(jīng)常使用“算法，僅僅將一些不經(jīng)常使用的頁面文件交換到虛擬內(nèi)存，有時我們會看到這么一個現(xiàn)象：linux物理內(nèi)存還有很多，但是交換空間也使用了很多。其實，這并不奇怪，例如，一個占用很大內(nèi)存的進程運行時，需要耗費很多內(nèi)存資源，此時就會有一些不常用頁面文件被交換到虛擬內(nèi)存中，但后來這個占用很多內(nèi)存資源的進程結(jié)束并釋放了很多內(nèi)存時，剛才被交換出去的頁面文件并不會自動的交換進物理內(nèi)存，除非有這個必要，那么此刻系統(tǒng)物理內(nèi)存就會空閑很多，同時交換空間也在被使用，就出現(xiàn)了剛才所說的現(xiàn)象了。關(guān)于這點，不用擔(dān)心什么，只要知道是怎么一回事就可以了。
最后，交換空間的頁面在使用時會首先被交換到物理內(nèi)存，如果此時沒有足夠的物理內(nèi)存來容納這些頁面，它們又會被馬上交換出去，如此以來，虛擬內(nèi)存中可能沒有足夠空間來存儲這些交換頁面，最終會導(dǎo)致linux出現(xiàn)假死機、服務(wù)異常等問題，linux雖然可以在一段時間內(nèi)自行恢復(fù)，但是恢復(fù)后的系統(tǒng)已經(jīng)基本不可用了。
因此，合理規(guī)劃和設(shè)計linux內(nèi)存的使用，是非常重要的。
虛擬內(nèi)存原理：
在系統(tǒng)中運行的每個進程都需要使用到內(nèi)存，但不是每個進程都需要每時每刻使用系統(tǒng)分配的內(nèi)存空間。當(dāng)系統(tǒng)運行所需內(nèi)存超過實際的物理內(nèi)存，內(nèi)核會釋放某些進程所占用但未使用的部分或所有物理內(nèi)存，將這部分資料存儲在磁盤上直到進程下一次調(diào)用，并將釋放出的內(nèi)存提供給有需要的進程使用。
在Linux內(nèi)存管理中，主要是通過“調(diào)頁Paging”和“交換Swapping”來完成上述的內(nèi)存調(diào)度。調(diào)頁算法是將內(nèi)存中最近不常使用的頁面換到磁盤上，把活動頁面保留在內(nèi)存中供進程使用。交換技術(shù)是將整個進程，而不是部分頁面，全部交換到磁盤上。
分頁(Page)寫入磁盤的過程被稱作Page-Out，分頁(Page)從磁盤重新回到內(nèi)存的過程被稱作Page-In。當(dāng)內(nèi)核需要一個分頁時，但發(fā)現(xiàn)此分頁不在物理內(nèi)存中(因為已經(jīng)被Page-Out了)，此時就發(fā)生了分頁錯誤(Page Fault)。
當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)現(xiàn)可運行內(nèi)存變少時，就會通過Page-Out來釋放一部分物理內(nèi)存。經(jīng)管Page-Out不是經(jīng)常發(fā)生，但是如果Page-out頻繁不斷的發(fā)生，直到當(dāng)內(nèi)核管理分頁的時間超過運行程式的時間時，系統(tǒng)效能會急劇下降。這時的系統(tǒng)已經(jīng)運行非常慢或進入暫停狀態(tài)，這種狀態(tài)亦被稱作thrashing。
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]
用來顯示虛擬內(nèi)存的信息
-a：顯示活躍和非活躍內(nèi)存-f：顯示從系統(tǒng)啟動至今的fork數(shù)量 。-m：顯示slabinfo-n：只在開始時顯示一次各字段名稱。-s：顯示內(nèi)存相關(guān)統(tǒng)計信息及多種系統(tǒng)活動數(shù)量。delay：刷新時間間隔。如果不指定，只顯示一條結(jié)果。count：刷新次數(shù)。如果不指定刷新次數(shù)，但指定了刷新時間間隔，這時刷新次數(shù)為無窮。-d：顯示磁盤相關(guān)統(tǒng)計信息。-p：顯示指定磁盤分區(qū)統(tǒng)計信息-S：使用指定單位顯示。參數(shù)有 k 、K 、m 、M ，分別代表1000、1024、1000000、1048576字節(jié)(byte)。默認單位為K(1024 bytes)-V：顯示vmstat版本信息。命令：
vmstat
輸出：
[yiibai@localhost ~]$ vmstat
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
3 0 0 703572 948 162328 0 0 608 65 379 564 14 10 72 3 0
[yiibai@localhost ~]$
字段說明：
Procs(進程)：
r: 運行隊列中進程數(shù)量b: 等待IO的進程數(shù)量Memory(內(nèi)存)：
swpd: 使用虛擬內(nèi)存大小free: 可用內(nèi)存大小buff: 用作緩沖的內(nèi)存大小cache: 用作緩存的內(nèi)存大小Swap：
si: 每秒從交換區(qū)寫到內(nèi)存的大小so: 每秒寫入交換區(qū)的內(nèi)存大小IO：(現(xiàn)在的Linux版本塊的大小為1024bytes)bi: 每秒讀取的塊數(shù)bo: 每秒寫入的塊數(shù)system：
in: 每秒中斷數(shù)，包括時鐘中斷。cs: 每秒上下文切換數(shù)。CPU(以百分比表示)：us: 用戶進程執(zhí)行時間(user time)sy: 系統(tǒng)進程執(zhí)行時間(system time)id: 空閑時間(包括IO等待時間),中央處理器的空閑時間 。以百分比表示。wa: 等待IO時間備注： 如果 r經(jīng)常大于 4，且id經(jīng)常少于40，表示cpu的負荷很重。如果pi，po 長期不等于0，表示內(nèi)存不足。如果disk 經(jīng)常不等于0， 且在 b中的隊列 大于3， 表示 io性能不好。Linux在具有高穩(wěn)定性、可靠性的同時，具有很好的可伸縮性和擴展性，能夠針對不同的應(yīng)用和硬件環(huán)境調(diào)整，優(yōu)化出滿足當(dāng)前應(yīng)用需要的最佳性能。因此企業(yè)在維護Linux系統(tǒng)、進行系統(tǒng)調(diào)優(yōu)時，了解系統(tǒng)性能分析工具是至關(guān)重要的。
命令：
vmstat 5 5
表示在5秒時間內(nèi)進行5次采樣。將得到一個數(shù)據(jù)匯總他能夠反映真正的系統(tǒng)情況。
命令：
vmstat -a 2 5
輸出：
[yiibai@localhost ~]$ vmstat -a 2 5
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free inact active si so bi bo in cs us sy id wa st
3 0 0 703524 67680 121392 0 0 496 54 506 484 30 8 59 3 0
1 0 0 703528 67680 121396 0 0 0 0 1059 87 100 0 0 0 0
1 0 0 703528 67680 121396 0 0 0 1 1058 94 100 0 0 0 0
1 0 0 703528 67680 121408 0 0 0 0 1069 93 100 0 0 0 0
1 0 0 703528 67680 121408 0 0 0 0 1064 90 100 1 0 0 0
[yiibai@localhost ~]$
說明：
使用-a選項顯示活躍和非活躍內(nèi)存時，所顯示的內(nèi)容除增加inact和active外，其他顯示內(nèi)容與例子1相同。
字段說明：
Memory(內(nèi)存)：inact: 非活躍內(nèi)存大小(當(dāng)使用-a選項時顯示)active: 活躍的內(nèi)存大小(當(dāng)使用-a選項時顯示)命令：
vmstat -f
輸出：
[yiibai@localhost ~]$ vmstat -f
2436 forks
[yiibai@localhost ~]$ vmstat -f
2437 forks
說明：這個數(shù)據(jù)是從/proc/stat中的processes字段里取得。
命令：
vmstat -s
輸出：
[yiibai@localhost ~]$ vmstat -s
999936 K total memory
133040 K used memory
121372 K active memory
67680 K inactive memory
703620 K free memory
948 K buffer memory
162328 K swap cache
2097148 K total swap
0 K used swap
2097148 K free swap
18184 non-nice user cpu ticks
0 nice user cpu ticks
1962 system cpu ticks
14474 idle cpu ticks
700 IO-wait cpu ticks
0 IRQ cpu ticks
146 softirq cpu ticks
0 stolen cpu ticks
121878 pages paged in
13296 pages paged out
0 pages swapped in
0 pages swapped out
240318 interrupts
129447 CPU context switches
1487555462 boot time
2441 forks
[yiibai@localhost ~]$
說明：這些信息的分別來自于/proc/meminfo,/proc/stat和/proc/vmstat。
命令：
vmstat -d
輸出：
[yiibai@localhost ~]$ vmstat -d
disk- ------------reads------------ ------------writes----------- -----IO------
total merged sectors ms total merged sectors ms cur sec
sda 5993 1 243668 34060 915 119 26595 71815 0 22
sr0 11 0 88 89 0 0 0 0 0 0
dm-0 3025 0 188242 29896 1008 0 18235 97048 0 20
dm-1 128 0 2136 272 0 0 0 0 0 0
dm-2 655 0 5470 722 16 0 4224 177 0 0
[yiibai@localhost ~]$
說明：這些信息主要來自于/proc/diskstats.merged:表示一次來自于合并的寫/讀請求,一般系統(tǒng)會把多個連接/鄰近的讀/寫請求合并到一起來操作.
命令執(zhí)行及輸出：
[yiibai@localhost ~]$ df
Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mounted on
/dev/mapper/cl-root 40137576 1652712 38484864 5% /
devtmpfs 488988 0 488988 0% /dev
tmpfs 499968 0 499968 0% /dev/shm
tmpfs 499968 6856 493112 2% /run
tmpfs 499968 0 499968 0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1 1038336 141652 896684 14% /boot
/dev/mapper/cl-home 19593216 34612 19558604 1% /home
tmpfs 99996 0 99996 0% /run/user/0
[yiibai@localhost ~]$ vmstat -p /dev/sda1
sda1 reads read sectors writes requested writes
1981 45316 10 4136
[yiibai@localhost ~]
說明：這些信息主要來自于/proc/diskstats。
reads:來自于這個分區(qū)的讀的次數(shù)。read sectors:來自于這個分區(qū)的讀扇區(qū)的次數(shù)。writes:來自于這個分區(qū)的寫的次數(shù)。requested writes:來自于這個分區(qū)的寫請求次數(shù)。命令：
vmstat -m
輸出：
[yiibai@localhost ~]$ vmstat -m
vmstat: your kernel does not support slabinfo or your permissions are insufficie nt
[yiibai@localhost ~]$
這組信息來自于/proc/slabinfo。slab:由于內(nèi)核會有許多小對象，這些對象構(gòu)造銷毀十分頻繁，比如i-node，dentry，這些對象如果每次構(gòu)建的時候就向內(nèi)存要一個頁(4kb)，而其實只有幾個字節(jié)，這樣就會非常浪費，為了解決這個問題，就引入了一種新的機制來處理在同一個頁框中如何分配小存儲區(qū)，而slab可以對小對象進行分配,這樣就不用為每一個對象分配頁框，從而節(jié)省了空間，內(nèi)核對一些小對象創(chuàng)建析構(gòu)很頻繁，slab對這些小對象進行緩沖,可以重復(fù)利用,減少內(nèi)存分配次數(shù)。
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