Linux系统调优相关工具

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Linux系统调优工具

本章内容

  • 重点：top, mpstat, free, iostat, iotop, nethogs, vmstat, sar 等工具的使用；
  • 难点：理解各子系统之间的相互影响，正确解读工具输出信息。
  • 确保已安装 sysstat, iotop, nethogs, nload 等工具包。

1.系统调优概述与 CPU 负载查看

案例1：使用 uptime 查看系统负载

步骤：

uptime

在这里插入图片描述
解读：

  • 输出格式：时间 运行时间 登录用户数 平均负载（1分钟、5分钟、15分钟）

  • 若1分钟负载值 > CPU核心数，说明系统可能过载。

    举个列子：若系统CPU核心数为1，此时1分钟负载值（1.25）> 1，说明系统可能短暂过载（需结合5分钟/15分钟负载趋势综合判断

案例2：使用 top 按 CPU 使用率排序

步骤：

  1. 运行 top；
  2. 按大写 P 按 CPU 使用率降序排列。
    在这里插入图片描述

案例3：使用 ps 查看 CPU 使用最多的进程

ps -aux --sort -pcpu | head -10

ps -aux：列出系统中所有进程的详细信息
    a：显示所有用户的进程
    u：以用户为中心的格式显示（包含 CPU、内存等使用信息）
    x：包括没有控制终端的进程

--sort -pcpu：按照 CPU 使用率（pcpu）进行排序，负号表示降序排列
| head -10：通过管道将结果传递给 head 命令，只显示前 10 行

在这里插入图片描述

案例4：使用 mpstat 查看 CPU 详细状态

mpstat -P ALL 1 5

 mpstat：是系统性能监控工具 sysstat 包中的命令，用于报告 CPU 的统计信息
 -P ALL：显示所有 CPU 核心（包括单个核心和整体平均）的统计数据
 1：采样间隔时间，单位为秒（这里表示每 1 秒采集一次数据）
 5：采样次数（这里表示总共采集 5 次）

在这里插入图片描述
解读：

  • %usr：用户空间CPU占比；
  • %sys：内核空间CPU占比；
  • %iowait：等待I/O占比；
  • %idle：空闲占比。

2.查看内存运行状态

案例1：使用 free 查看内存使用

free -m

在这里插入图片描述

解读：

  • available 列表示实际可用内存（包括可回收的缓存）。

案例2：查看 /proc/meminfo 获取详细内存信息

cat /proc/meminfo

在这里插入图片描述

关注：

  • Active：活跃内存；
  • Inactive：非活跃内存（可被换出）。

案例3：使用 top 按内存使用排序

  1. 运行 top；
  2. 按大写 M 按内存使用降序排列。
    在这里插入图片描述

案例4：使用 ps 查看内存使用最多的进程

ps -aux --sort -rss | head -10

在这里插入图片描述

3.查看磁盘 I/O 状态

案例1：查看文件系统块大小

EXT4：

tune2fs -l /dev/sda1 | grep "Block size"


用于 ext 系列文件系统（ext2/ext3/ext4）
tune2fs -l 会列出该文件系统的详细信息
输出类似：Block size: 4096（表示块大小为 4096 字节）

XFS：

xfs_growfs -l /dev/sda1 | grep bsize


用于 XFS 文件系统
xfs_growfs -l 会显示 XFS 文件系统的布局信息
输出类似：bsize=4096（表示块大小为 4096 字节）

在这里插入图片描述

案例2：使用 iostat 查看磁盘 I/O

iostat -d -k -p /dev/sda 1 5


iostat：系统 I/O 统计工具，用于监控磁盘和 CPU 的输入输出性能
-d：只显示磁盘（device）的统计信息，不显示 CPU 信息
-k：以 KB（千字节）为单位显示数据（默认是块）
-p /dev/sda：显示指定磁盘/dev/sda及其所有分区的统计信息
1 5：采样间隔为 1 秒，共采样 5 次

在这里插入图片描述

解读：

  • kB_read/s：每秒读取数据量；
  • kB_wrtn/s：每秒写入数据量。

案例3：使用 dd 测试磁盘写入

dd if=/dev/zero of=testfile bs=1M count=1000; sync



dd if=/dev/zero of=testfile：使用dd命令从/dev/zero（一个源源不断输出 0 字节的特殊设备）读取数据，写入到名为testfile的文件中
bs=1M：设置每次读写的块大小为 1MB
count=1000：设置读写的块数量为 1000，所以总文件大小是 1MB×1000=1000MB（约 1GB）
; sync：分号分隔两个命令，sync用于将内存中的数据强制刷新到磁盘，确保文件真正写入硬盘

案例4：使用 iotop 查看实时 I/O 进程

iotop -o -d 1



iotop：一个专门监控磁盘 I/O 的工具（需要 root 权限运行），可以显示每个进程的 I/O 使用情况
-o：只显示正在产生 I/O 活动的进程（过滤掉没有 I/O 操作的进程，更简洁）
-d 1：设置刷新间隔为 1 秒（每秒更新一次数据）

在这里插入图片描述

操作：

  • 在另一个终端执行 find / 或大量文件操作，观察 iotop 输出。

4.查看网络状态

案例1：使用 nload 查看实时带宽

nload

实时网络流量状态 (Incoming/Outgoing）
指标	           值	          说明
当前速率 (Curr)	41.12 kBit/s	瞬时接收速率
平均速率 (Avg)	166.04 kBit/s	本次会话的平均接收速率
最小速率 (Min)	3.49 kBit/s	本次会话的最小接收速率
最大速率 (Max)	1.33 MBit/s	本次会话的最大接收速率 (峰值)
总数据量 (Ttl)	81.77 MByte	本次会话累计接收的总数据量

在这里插入图片描述

操作：

  • 在另一终端使用 ab 压测：
ab -n 1000 -c 2 http://www.baidu.com/
#安装包  httpd-tools


    ab：Apache 自带的 HTTP 压力测试工具，用于模拟多个用户并发访问网站并统计性能数据
    -n 1000：指定总请求数为 1000 次（总共向百度首页发送 1000 个请求）
    -c 2：指定并发数为 2（每次同时发送 2 个请求，模拟 2 个用户同时访问）
    http://www.baidu.com/：目标测试的 URL（这里是百度首页）
    
    
    
Requests per second:    50.00 [#/sec] (mean)  # 平均每秒处理请求数（吞吐量）
Time per request:       40.000 [ms] (mean)   # 平均每个请求的响应时间
Time per request:       20.000 [ms] (mean, across all concurrent requests)  # 并发情况下每个请求的实际等待时间
Percentage of the requests served within a certain time (ms):
  50%    30
  90%    50
  99%    80  # 99%的请求在80ms内完成

在这里插入图片描述

案例2：使用 nethogs 查看进程网络使用

nethogs

在这里插入图片描述

操作：

  • 在另一终端使用 wget 下载大文件，观察 nethogs 输出。

5.查看系统整体状态

案例1：使用 vmstat 查看系统整体状态

vmstat 1 5  虚拟内存统计（Virtual Memory Statistics）工具，能全面反映系统运行状态


1：采样间隔时间，单位为秒（每 1 秒刷新一次数据）
5：采样次数（总共输出 5 组数据）




    r：等待运行的进程数（如果长期大于 CPU 核心数，说明 CPU 不够用）
    b：处于不可中断睡眠的进程数（通常是等待 I/O，数值高说明 I/O 繁忙）
    si/so：每秒从 swap 分区读入 / 写入内存的数据量（非 0 说明内存不足，开始用交换分区）
    bi/bo：每秒从块设备读入 / 写入的数据量（反映磁盘 I/O 活动）
    wa：CPU 等待 I/O 的时间百分比（超过 20% 说明 I/O 成为瓶颈）
    us/sy：用户态 / 内核态占用 CPU 的百分比（us 高说明应用消耗 CPU 多，sy 高可能是系统调用频繁）
    id：CPU 空闲百分比（过低说明 CPU 负载高）

在这里插入图片描述
解读：

  • r：运行队列长度；
  • b：阻塞进程数；
  • si/so：换入/换出内存；
  • bi/bo：块读/写。

案例2：使用 sar 记录系统状态

sar -u 2 5 -o cpu.sar   # 记录CPU
    -u：查看 CPU 使用率统计
    2 5：每 2 秒采样一次，共采样 5 次
    -o cpu.sar：将结果保存到文件cpu.sar（方便后续用sar -f cpu.sar查看）
输出中重点关注：
    %user：用户程序占用 CPU 的比例
    %sys：系统内核占用 CPU 的比例
    %idle：CPU 空闲比例（过低说明 CPU 负载高）


sar -r 1 5             # 记录内存

    -r：查看内存和交换空间使用情况
    1 5：每 1 秒采样一次，共采样 5 次

输出中重点关注：

    memused：已使用内存百分比
    freemem：空闲内存大小
    swapused：交换空间使用百分比（非 0 可能表示内存紧张）



sar -n DEV 1 5         # 记录网络


    -r：查看内存和交换空间使用情况
    1 5：每 1 秒采样一次，共采样 5 次


输出中重点关注：

    memused：已使用内存百分比
    freemem：空闲内存大小
    swapused：交换空间使用百分比（非 0 可能表示内存紧张）

3. sar -n DEV 1 5（监控网络）

    -n DEV：查看网络接口（如 eth0、ens33）的流量统计
    1 5：每 1 秒采样一次，共采样 5 次

输出中重点关注：
    rxpck/s：每秒接收的数据包数
    txpck/s：每秒发送的数据包数
    rxkB/s：每秒接收的千字节数
    txkB/s：每秒发送的千字节数（数值过高可能表示网络带宽饱和）

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查看记录：

sar -u -f cpu.sar

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案例3：查看 sar 历史日志

ls /var/log/sa
sar -n DEV -f /var/log/sa/sa15

在这里插入图片描述

6.总结

  1. 找出当前系统中 CPU 使用最高的进程，并尝试分析其是否为正常进程；
  2. 模拟高 I/O 场景，使用 iotop 定位 I/O 密集型进程；
  3. 使用 sar 记录一天中 CPU 和内存的使用趋势，并写出分析报告。
# linux # 服务器 # 网络
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