如何在linux系統中使用vmstat命令

如何在linux系統中使用vmstat命令？相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

vmstat 工具提供了一種低開銷的系統性能觀察方式。因為 vmstat 本身就是低開銷工具，在非常高負荷的服務器上，你需要查看并監控系統的健康情況,在控制窗口還是能夠使用vmstat 輸出結果。在學習vmstat命令前，我們先了解一下Linux系統中關于物理內存和虛擬內存相關信息。

物理內存和虛擬內存區別：

我們知道，直接從物理內存讀寫數據要比從硬盤讀寫數據要快的多，因此，我們希望所有數據的讀取和寫入都在內存完成，而內存是有限的，這樣就引出了物理內存與虛擬內存的概念。

物理內存就是系統硬件提供的內存大小，是真正的內存，相對于物理內存，在linux下還有一個虛擬內存的概念，虛擬內存就是為了滿足物理內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存，用作虛擬內存的磁盤空間被稱為交換空間（Swap Space）。

作為物理內存的擴展，linux會在物理內存不足時，使用交換分區的虛擬內存，更詳細的說，就是內核會將暫時不用的內存塊信息寫到交換空間，這樣以來，物理內存得到了釋放，這塊內存就可以用于其它目的，當需要用到原始的內容時，這些信息會被重新從交換空間讀入物理內存。

linux的內存管理采取的是分頁存取機制，為了保證物理內存能得到充分的利用，內核會在適當的時候將物理內存中不經常使用的數據塊自動交換到虛擬內存中，而將經常使用的信息保留到物理內存。

要深入了解linux內存運行機制，需要知道下面提到的幾個方面：

首先，Linux系統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存，即使并沒有什么事情需要內存，Linux也會交換出暫時不用的內存頁面。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存，linux內核根據”最近最經常使用“算法，僅僅將一些不經常使用的頁面文件交換到虛擬內存，有時我們會看到這么一個現象：linux物理內存還有很多，但是交換空間也使用了很多。其實，這并不奇怪，例如，一個占用很大內存的進程運行時，需要耗費很多內存資源，此時就會有一些不常用頁面文件被交換到虛擬內存中，但后來這個占用很多內存資源的進程結束并釋放了很多內存時，剛才被交換出去的頁面文件并不會自動的交換進物理內存，除非有這個必要，那么此刻系統物理內存就會空閑很多，同時交換空間也在被使用，就出現了剛才所說的現象了。關于這點，不用擔心什么，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存，如果此時沒有足夠的物理內存來容納這些頁面，它們又會被馬上交換出去，如此以來，虛擬內存中可能沒有足夠空間來存儲這些交換頁面，最終會導致linux出現假死機、服務異常等問題，linux雖然可以在一段時間內自行恢復，但是恢復后的系統已經基本不可用了。

因此，合理規劃和設計linux內存的使用，是非常重要的。

虛擬內存原理：

在系統中運行的每個進程都需要使用到內存，但不是每個進程都需要每時每刻使用系統分配的內存空間。當系統運行所需內存超過實際的物理內存，內核會釋放某些進程所占用但未使用的部分或所有物理內存，將這部分資料存儲在磁盤上直到進程下一次調用，并將釋放出的內存提供給有需要的進程使用。

在Linux內存管理中，主要是通過“調頁Paging”和“交換Swapping”來完成上述的內存調度。調頁算法是將內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存中供進程使用。交換技術是將整個進程，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)從磁盤重新回到內存的過程被稱作Page-In。當內核需要一個分頁時，但發現此分頁不在物理內存中(因為已經被Page-Out了)，此時就發生了分頁錯誤（Page Fault）。

當系統內核發現可運行內存變少時，就會通過Page-Out來釋放一部分物理內存。經管Page-Out不是經常發生，但是如果Page-out頻繁不斷的發生，直到當內核管理分頁的時間超過運行程式的時間時，系統效能會急劇下降。這時的系統已經運行非常慢或進入暫停狀態，這種狀態亦被稱作thrashing(顛簸)

1．命令格式：

代碼如下:

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]

2．命令功能：

用來顯示虛擬內存的信息

3．命令參數：

-a：顯示活躍和非活躍內存

-f：顯示從系統啟動至今的fork數量 。

-m：顯示slabinfo

-n：只在開始時顯示一次各字段名稱。

-s：顯示內存相關統計信息及多種系統活動數量。

delay：刷新時間間隔。如果不指定，只顯示一條結果。

count：刷新次數。如果不指定刷新次數，但指定了刷新時間間隔，這時刷新次數為無窮。

-d：顯示磁盤相關統計信息。

-p：顯示指定磁盤分區統計信息

-S：使用指定單位顯示。參數有 k 、K 、m 、M ，分別代表1000、1024、1000000、1048576字節（byte）。默認單位為K（1024 bytes）

-V：顯示vmstat版本信息。

4．使用實例：

實例1：顯示虛擬內存使用情況

命令：vmstat

輸出：

代碼如下:

[root@localhost ~]# vmstat 5 6
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
0 0 0 3029876 199616 690980 0 0 0 2 3 2 0 0 100 0 0
0 0 0 3029752 199616 690980 0 0 0 41 1009 39 0 0 100 0 0
0 0 0 3029752 199616 690980 0 0 0 3 1004 36 0 0 100 0 0
0 0 0 3029752 199616 690980 0 0 0 4 1004 36 0 0 100 0 0
0 0 0 3029752 199616 690980 0 0 0 6 1003 33 0 0 100 0 0
0 0 0 3029752 199616 690980 0 0 0 5 1003 33 0 0 100 0 0

vmstat命令輸出信息詳細說明：

字段說明：

Procs（進程）：

r: 運行隊列中進程數量

b: 等待IO的進程數量

Memory（內存）：

swpd: 使用虛擬內存大小

free: 可用內存大小

buff: 用作緩沖的內存大小

cache: 用作緩存的內存大小

Swap：

si: 每秒從交換區寫到內存的大小

so: 每秒寫入交換區的內存大小

IO：（現在的Linux版本塊的大小為1024bytes）

bi: 每秒讀取的塊數

bo: 每秒寫入的塊數

系統：

in: 每秒中斷數，包括時鐘中斷。

cs: 每秒上下文切換數。

CPU（以百分比表示）：

us: 用戶進程執行時間(user time)

sy: 系統進程執行時間(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經常大于 4 ，且id經常少于40，表示cpu的負荷很重。如果pi，po 長期不等于0，表示內存不足。如果disk 經常不等于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，能夠針對不同的應用和硬件環境調整，優化出滿足當前應用需要的最佳性能。因此企業在維護Linux系統、進行系統調優時，了解系統性能分析工具是至關重要的。

命令：vmstat 5 5

表示在5秒時間內進行5次采樣。將得到一個數據匯總他能夠反映真正的系統情況。

實例2：顯示活躍和非活躍內存

命令：vmstat -a 2 5

輸出：

代碼如下:

[root@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
0 0 0 3029752 387728 513008 0 0 0 2 3 2 0 0 100 0 0
0 0 0 3029752 387728 513076 0 0 0 0 1005 34 0 0 100 0 0
0 0 0 3029752 387728 513076 0 0 0 22 1004 36 0 0 100 0 0
0 0 0 3029752 387728 513076 0 0 0 0 1004 33 0 0 100 0 0
0 0 0 3029752 387728 513076 0 0 0 0 1003 32 0 0 100 0 0
[root@localhost ~]#

說明：

使用-a選項顯示活躍和非活躍內存時，所顯示的內容除增加inact和active外，其他顯示內容與例子1相同。

字段說明：

Memory（內存）：

inact: 非活躍內存大小（當使用-a選項時顯示）

active: 活躍的內存大小（當使用-a選項時顯示）

實例3：查看系統已經fork了多少次

命令：vmstat -f

輸出：

代碼如下:

[root@SCF1129 ~]# vmstat -f
12744849 forks
[root@SCF1129 ~]#

說明：

這個數據是從/proc/stat中的processes字段里取得的

實例4：查看內存使用的詳細信息

命令：vmstat -s

輸出：

代碼如下:

[root@localhost ~]# vmstat -s
4043760 total memory
1013884 used memory
513012 active memory
387728 inactive memory
3029876 free memory
199616 buffer memory
690980 swap cache
6096656 total swap
0 used swap
6096656 free swap
83587 non-nice user cpu ticks
132 nice user cpu ticks
278599 system cpu ticks
913344692 idle cpu ticks
814550 IO-wait cpu ticks
10547 IRQ cpu ticks
21261 softirq cpu ticks
0 stolen cpu ticks
310215 pages paged in
14254652 pages paged out
0 pages swapped in
0 pages swapped out
288374745 interrupts
146680577 CPU context switches
1351868832 boot time
367291 forks

說明：

這些信息的分別來自于/proc/meminfo,/proc/stat和/proc/vmstat。

實例5：查看磁盤的讀/寫

命令：vmstat -d

輸出：

代碼如下:

[root@localhost ~]# vmstat -d
disk- ------------reads------------ ------------writes----------- -----IO------
total merged sectors ms total merged sectors ms cur sec
ram0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram13 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ram15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
sda 33381 6455 615407 63224 2068111 1495416 28508288 15990289 0 10491
hdc 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
fd0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
md0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
[root@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,一般系統會把多個連接/鄰近的讀/寫請求合并到一起來操作.

實例6：查看/dev/sda1磁盤的讀/寫

命令：vmstat -p /dev/sda1

輸出：

代碼如下:

[root@SCF1129 ~]# df
文件系統 1K-塊 已用 可用 已用% 掛載點
/dev/sda3 1119336548 27642068 1034835500 3% /tmpfs 32978376 0 32978376 0% /dev/shm
/dev/sda1 1032088 59604 920056 7% /boot
[root@SCF1129 ~]# vmstat -p /dev/sda1
sda1 reads read sectors writes requested writes
18607 4249978 6 48[root@SCF1129 ~]# vmstat -p /dev/sda3
sda3 reads read sectors writes requested writes
429350 35176268 28998789 980301488[root@SCF1129 ~]#

說明：

這些信息主要來自于/proc/diskstats。

reads:來自于這個分區的讀的次數。

read sectors:來自于這個分區的讀扇區的次數。

writes:來自于這個分區的寫的次數。

requested writes:來自于這個分區的寫請求次數。

實例7：查看系統的slab信息

命令：vmstat -m

輸出：

代碼如下:

[root@localhost ~]# vmstat -m
Cache Num Total Size Pages
ip_conntrack_expect 0 0 136 28
ip_conntrack 3 13 304 13
ip_fib_alias 11 59 64 59
ip_fib_hash 11 59 64 59
AF_VMCI 0 0 960 4
bio_map_info 100 105 1064 7
dm_mpath 0 0 1064 7
jbd_4k 0 0 4096 1
dm_uevent 0 0 2608 3
dm_tio 0 0 24 144
dm_io 0 0 48 77
scsi_cmd_cache 10 10 384 10
sgpool-128 32 32 4096 1
sgpool-64 32 32 2048 2
sgpool-32 32 32 1024 4
sgpool-16 32 32 512 8
sgpool-8 45 45 256 15
scsi_io_context 0 0 112 34
ext3_inode_cache 51080 51105 760 5
ext3_xattr 36 88 88 44
journal_handle 18 144 24 144
journal_head 56 80 96 40
revoke_table 4 202 16 202
revoke_record 0 0 32 112
uhci_urb_priv 0 0 56 67
UNIX 13 33 704 11
flow_cache 0 0 128 30
msi_cache 33 59 64 59
cfq_ioc_pool 14 90 128 30
cfq_pool 12 90 216 18
crq_pool 16 96 80 48
deadline_drq 0 0 80 48
as_arq 0 0 96 40
mqueue_inode_cache 1 4 896 4
isofs_inode_cache 0 0 608 6
hugetlbfs_inode_cache 1 7 576 7
Cache Num Total Size Pages
ext2_inode_cache 0 0 720 5
ext2_xattr 0 0 88 44
dnotify_cache 0 0 40 92
dquot 0 0 256 15
eventpoll_pwq 3 53 72 53
eventpoll_epi 3 20 192 20
inotify_event_cache 0 0 40 92
inotify_watch_cache 1 53 72 53
kioctx 0 0 320 12
kiocb 0 0 256 15
fasync_cache 0 0 24 144
shmem_inode_cache 254 290 768 5
posix_timers_cache 0 0 128 30
uid_cache 0 0 128 30
ip_mrt_cache 0 0 128 30
tcp_bind_bucket 3 112 32 112
inet_peer_cache 0 0 128 30
secpath_cache 0 0 64 59
xfrm_dst_cache 0 0 384 10
ip_dst_cache 5 10 384 10
arp_cache 1 15 256 15
RAW 3 5 768 5
UDP 5 10 768 5
tw_sock_TCP 0 0 192 20
request_sock_TCP 0 0 128 30
TCP 4 5 1600 5
blkdev_ioc 14 118 64 59
blkdev_queue 20 30 1576 5
blkdev_requests 13 42 272 14
biovec-256 7 7 4096 1
biovec-128 7 8 2048 2
biovec-64 7 8 1024 4
biovec-16 7 15 256 15
biovec-4 7 59 64 59
biovec-1 23 202 16 202
bio 270 270 128 30
utrace_engine_cache 0 0 64 59
Cache Num Total Size Pages
utrace_cache 0 0 64 59
sock_inode_cache 33 48 640 6
skbuff_fclone_cache 7 7 512 7
skbuff_head_cache 319 390 256 15
file_lock_cache 1 22 176 22
Acpi-Operand 4136 4248 64 59
Acpi-ParseExt 0 0 64 59
Acpi-Parse 0 0 40 92
Acpi-State 0 0 80 48
Acpi-Namespace 2871 2912 32 112
delayacct_cache 81 295 64 59
taskstats_cache 4 53 72 53
proc_inode_cache 1427 1440 592 6
sigqueue 0 0 160 24
radix_tree_node 13166 13188 536 7
bdev_cache 23 24 832 4
sysfs_dir_cache 5370 5412 88 44
mnt_cache 26 30 256 15
inode_cache 2009 2009 560 7
dentry_cache 60952 61020 216 18
filp 479 1305 256 15
names_cache 3 3 4096 1
avc_node 14 53 72 53
selinux_inode_security 994 1200 80 48
key_jar 2 20 192 20
idr_layer_cache 74 77 528 7
buffer_head 164045 164800 96 40
mm_struct 51 56 896 4
vm_area_struct 1142 1958 176 22
fs_cache 35 177 64 59
files_cache 36 55 768 5
signal_cache 72 162 832 9
sighand_cache 68 84 2112 3
task_struct 76 80 1888 2
anon_vma 458 864 24 144
pid 83 295 64 59
shared_policy_node 0 0 48 77
Cache Num Total Size Pages
numa_policy 37 144 24 144
size-131072(DMA) 0 0 131072 1
size-131072 0 0 131072 1
size-65536(DMA) 0 0 65536 1
size-65536 1 1 65536 1
size-32768(DMA) 0 0 32768 1
size-32768 2 2 32768 1
size-16384(DMA) 0 0 16384 1
size-16384 5 5 16384 1
size-8192(DMA) 0 0 8192 1
size-8192 7 7 8192 1
size-4096(DMA) 0 0 4096 1
size-4096 110 111 4096 1
size-2048(DMA) 0 0 2048 2
size-2048 602 602 2048 2
size-1024(DMA) 0 0 1024 4
size-1024 344 352 1024 4
size-512(DMA) 0 0 512 8
size-512 433 480 512 8
size-256(DMA) 0 0 256 15
size-256 1139 1155 256 15
size-128(DMA) 0 0 128 30
size-64(DMA) 0 0 64 59
size-64 5639 5782 64 59
size-32(DMA) 0 0 32 112
size-128 801 930 128 30
size-32 3005 3024 32 112
kmem_cache 137 137 2688 1

這組信息來自于/proc/slabinfo。

slab:由于內核會有許多小對象，這些對象構造銷毀十分頻繁，比如i-node，dentry，這些對象如果每次構建的時候就向內存要一個頁(4kb)，而其實只有幾個字節，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，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，從而節省了空間，內核對一些小對象創建析構很頻繁，slab對這些小對象進行緩沖,可以重復利用,減少內存分配次數。

總結：

目前說來，對于服務器監控有用處的度量主要有：

r（運行隊列）
pi（頁導入）
us（用戶CPU）
sy（系統CPU）
id（空閑）
注意：如果r經常大于4 ，且id經常少于40，表示cpu的負荷很重。如果bi，bo 長期不等于0，表示內存不足。

通過VMSTAT識別CPU瓶頸：
r（運行隊列）展示了正在執行和等待CPU資源的任務個數。當這個值超過了CPU數目，就會出現CPU瓶頸了。

Linux下查看CPU核心數的命令：

cat /proc/cpuinfo|grep processor|wc -l

當r值超過了CPU個數，就會出現CPU瓶頸，解決辦法大體幾種：

1. 最簡單的就是增加CPU個數和核數
2. 通過調整任務執行時間，如大任務放到系統不繁忙的情況下進行執行，進爾平衡系統任務
3. 調整已有任務的優先級

通過vmstat識別CPU滿負荷：

首先需要聲明一點的是，vmstat中CPU的度量是百分比的。當us＋sy的值接近100的時候，表示CPU正在接近滿負荷工作。但要注意的是，CPU 滿負荷工作并不能說明什么，Linux總是試圖要CPU盡可能的繁忙，使得任務的吞吐量最大化。唯一能夠確定CPU瓶頸的還是r（運行隊列）的值。

通過vmstat識別RAM瓶頸：

數據庫服務器都只有有限的RAM，出現內存爭用現象是Oracle的常見問題。

首先用free查看RAM的數量：

[oracle@oracle-db02 ~]$ free
total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:       2074924    2071112       3812          0      40616    1598656
-/+ buffers/cache:     431840    1643084
Swap:      3068404     195804    2872600

當內存的需求大于RAM的數量，服務器啟動了虛擬內存機制，通過虛擬內存，可以將RAM段移到SWAP DISK的特殊磁盤段上，這樣會 出現虛擬內存的頁導出和頁導入現象，頁導出并不能說明RAM瓶頸，虛擬內存系統經常會對內存段進行頁導出，但頁導入操作就表明了服務器需要更多的內存了， 頁導入需要從SWAP DISK上將內存段復制回RAM，導致服務器速度變慢。

解決的辦法有幾種：

1. 最簡單的，加大RAM；
2. 改小SGA，使得對RAM需求減少；
3. 減少RAM的需求。（如：減少PGA）

看完上述內容，你們掌握如何在linux系統中使用vmstat命令的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！