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三年无bug，提拔代码质量的法门
一个基于Linux操纵体系的服务器运行的同时，也会表征出各种各样参数信息。通常来说运维职员、体系管理员会对这些数据会极为敏感，但是这些参数对于开辟者来说也非常紧张，尤其当你的程序非正常工作的时间，这些蛛丝马迹每每会资助快速定位跟踪题目。
这里只是一些简单的工具查察体系的相干参数，固然很多工具也是通太过析加工/proc、/sys下的数据来工作的，而那些更加过细、专业的性能监测和调优，大概还必要更加专业的工具(perf、systemtap等)和技能才华完成哦。毕竟来说，体系性能监控本身就是个大学问。
一、CPU和内存类
1.1
top
?~top
第一行背面的三个值是体系在之前1、5、15的均匀负载，也可以看出体系负载是上升、安稳、降落的趋势，当这个值高出CPU可实行单位的数量，则表现CPU的性能已经饱和成为瓶颈了。
第二行统计了体系的任务状态信息。running很天然不必多说，包罗正在CPU上运行的和将要被调治运行的；sleeping通常是等待变乱(比如IO操纵)完成的任务，细分可以包罗interruptible和uninterruptible的范例；stopped是一些被停息的任务，通常发送SIGSTOP大概对一个前台任务操纵Ctrl-Z可以将其停息；zombie僵尸任务，固然进程停止资源会被主动采取，但是含有退出任务的taskdeor必要父进程访问后才华开释，这种进程表现为defunct状态，无论是由于父进程提前退出还是未wait调用，出现这种进程都应该格外留意程序是否计划有误。
第三行CPU占用率根据范例有以下几种环境：
(us)user：CPU在低nice值(高优先级)用户态所占用的时间(nice=0)。正常环境下只要服务器不是很闲，那么大部分的CPU时间应该都在此实行这类程序
(sy)system：CPU处于内核态所占用的时间，操纵体系通过体系调用(systemcall)从用户态陷入内核态，以实行特定的服务；通常环境下该值会比力小，但是当服务器实行的IO比力麋集的时间，该值会比力大
(ni)nice：CPU在高nice值(低优先级)用户态以低优先级运行占用的时间(nice0)。默认新启动的进程nice=0，是不管帐入这里的，除非手动通过renice大概setpriority()的方式修改程序的nice值
(id)idle：CPU在空闲状态(实行kernelidlehandler)所占用的时间
(wa)iowait：等待IO完成做占用的时间
(hi)irq：体系处理惩罚硬件停止所斲丧的时间
(si)softirq：体系处理惩罚软停止所斲丧的时间，记取软停止分为softirqs、tasklets(着实是前者的特例)、workqueues，不知道这里是统计的是哪些的时间，毕竟workqueues的实行已经不是停止上下文了
(st)steal：在假造机环境下才故意义，由于假造机下CPU也是共享物理CPU的，以是这段时间表明假造机等待hypervisor调治CPU的时间，也意味着这段时间hypervisor将CPU调治给别的CPU实行，这个时段的CPU资源被“stolen”了。这个值在我KVM的VPS呆板上是不为0的，但也只有0.1这个数量级，是不是可以用来判定VPS超售的环境？
CPU占用率高很多环境下意味着一些东西，这也给服务器CPU利用率过高环境下指明白相应地排查思绪：
当user占用率过高的时间，通常是某些个别的进程占用了大量的CPU，这时间很轻易通过top找到该程序；此时假如猜疑程序非常，可以通过perf等思绪找出热门调用函数来进一步排查；
当system占用率过高的时间，假如IO操纵(包罗终端IO)比力多，大概会造成这部分的CPU占用率高，比如在fileserver、databaseserver等范例的服务器上，否则(比如20%)很大概有些部分的内核、驱动模块有题目；
当nice占用率过高的时间，通常是故意举动，当进程的发起者知道某些进程占用较高的CPU，会设置其nice值确保不会沉没其他进程对CPU的利用哀求；
当iowait占用率过高的时间，通常意味着某些程序的IO操纵服从很低，大概IO对应装备的性能很低以至于读写操纵必要很长的时间来完成；
当irq/softirq占用率过高的时间，很大概某些外设出现题目，导致产生大量的irq哀求，这时间通过查抄/proc/interrupts文件来穷究题目地点；
当steal占用率过高的时间，黑心厂商假造机超售了吧！
第四行和第五行是物理内存和假造内存(互换分区)的信息：
total=free+used+buff/cache，如今buffers和cachedMem信息总和到一起了，但是buffers和cached
Mem的关系很多地方都没说清楚。着实通过对比数据，这两个值就是/proc/meminfo中的Buffers和Cached字段：Buffers是针对rawdisk的块缓存，重要是以rawblock的方式缓存文件体系的元数据(比如超等块信息等)，这个值一样平常比力小(20M左右)；而Cached是针对于某些具体的文件举行读缓存，以增长文件的访问服从而利用的，可以说是用于文件体系中文件缓存利用。
而availMem是一个新的参数值，用于指示在不举行互换的环境下，可以给新开启的程序多少内存空间，大抵和free+buff/cached相称，而这也印证了上面的说法，free+buffers+cachedMem才是真正可用的物理内存。而且，利用互换分区不见得是坏事变，以是互换分区利用率不是什么严峻的参数，但是频仍的swapin/out就不是功德情了，这种环境必要留意，通常表现物理内存紧缺的环境。
末了是每个程序的资源占用列表，此中CPU的利用率是全部CPUcore占用率的总和。通常实行top的时间，本身该程序会大量的读取/proc操纵，以是根本该top程序本身也会是压倒统统的。
top固然非常强大，但是通常用于控制台及时监测体系信息，不得当长时间(几天、几个月)监测体系的负载信息，同时对于短命的进程也会遗漏无法给出统计信息。
1.2
vmstat
vmstat是除top之外另一个常用的体系检测工具，下面截图是我用-j4编译boost的体系负载。
r表现可运行进程数量，数据大抵符合；而b表现的是uninterruptible就寝的进程数量；swpd表现利用到的假造内存数量，跟top-Swap-used的数值是一个寄义，而如手册所说，通常环境下buffers数量要比cachedMem小的多，buffers一样平常20M这么个数量级；io域的bi、bo表明每秒钟向磁盘吸取和发送的块数量(blocks/s)；system域的in表明每秒钟的体系停止数(包罗时钟停止)，cs表明由于进程切换导致上下文切换的数量。
说到这里，想到从前很多人纠结编译linuxkernel的时间-j参数毕竟是CPUCore还是CPUCore+1？通过上面修改-j参数值编译boost和linuxkernel的同时开启vmstat监控，发现两种环境下contextswitch根本没有变革，且也只有明显增长-j值后contextswitch才会有明显的增长，看来不必过于纠结这个参数了，固然具体编译时间长度我还没有测试。资料说假如不是在体系启动大概benchmark的状态，参数contextswitch100000程序肯定有题目。
1.3
pidstat
假如想对某个进程举行全面具体的追踪，没有什么比pidstat更符合的了——栈空间、缺页环境、主被动切换等信息一清二楚。这个下令最有效的参数是-t，可以将进程中各个线程的具体信息摆列出来。
-r：表现缺页错误和内存利用状态，缺页错误是程序必要访问映射在假造内存空间中但是还尚未被加载到物理内存中的一个分页，缺页错误两个重要范例是
minflt/s指的minorfaults，当必要访问的物理页面由于某些缘故起因(比如共享页面、缓存机制等)已经存在于物理内存中了，只是在当进步程的页表中没有引用，MMU只必要设置对应的entry就可以了，这个代价是相称小的
majflt/s指的majorfaults，MMU必要在当前可用物理内存中申请一块空闲的物理页面(假如没有可用的空闲页面，则必要将别的物理页面切换到互换空间去以开释得到空闲物理页面)，然后从外部加载数据到该物理页面中，并设置好对应的entry，这个代价是相称高的，和前者有几个数据级的差别
-s：栈利用状态，包罗StkSize为线程保存的栈空间，以及StkRef实际利用的栈空间。利用ulimit-s发现CentOS6.x上面默认栈空间是10240K，而CentOS7.x、Ubuntu系列默认栈空间巨细为8196K
-u：CPU利用率环境，参数同前面雷同
-w：线程上下文切换的数量，还细分为cswch/s由于等待资源等因素导致的主动切换，以及nvcswch/s线程CPU时间导致的被动切换的统计
假如每次都先ps得到程序的pid后再操纵pidstat会显得很贫苦，以是这个杀手锏的-C可以指定某个字符串，然后Command中假如包罗这个字符串，那么该程序的信息就会被打印统计出来，-l可以表现完备的程序名和参数
?~pidstat-w-t-C“ailaw”-l
这么看来，假如查察单个尤其是多线程的任务时间，pidstat比常用的ps更好使！
1.4
其他
当必要单独监测单个CPU环境的时间，除了htop还可以利用mpstat，查察在SMP处理惩罚器上各个Core的工作量是否负载均衡，是否有某些热门线程占用Core。
?~mpstat-PALL1
假如想直接监测某个进程占用的资源，既可以利用top-utaozj的方式过滤掉其他用户无关进程，也可以采取下面的方式举行选择，ps下令可以自界说必要打印的条目信息：
while:;dops-eouser,pid,ni,pri,pcpu,psr,comm|grep'ailawd';sleep1;done
如想理清继承关系，下面一个常用的参数可以用于表现进程树布局，表现结果比pstree具体雅观的多
?~psaxjf
二、磁盘IO类
iotop可以直观的表现各个进程、线程的磁盘读取及时速率；lsof不但可以表现平凡文件的打开信息(利用者)，还可以操纵/dev/sda1这类装备文件的打开信息，那么比如当分区无法umount的时间，就可以通过lsof找出磁盘该分区的利用状态了，而且添加+fg参数还可以额外表现文件打开flag标记。
2.1
iostat
?~iostat-xz1
着实无论利用iostat-xz1还是利用sar-d1，对于磁盘紧张的参数是：
avgqu-s：发送给装备I/O哀求的等待队列均匀长度，对于单个磁盘假如值1表明装备饱和，对于多个磁盘阵列的逻辑磁盘环境除外
await(r_await、w_await)：均匀每次装备I/O哀求操纵的等待时间(ms)，包罗哀求分列在队列中和被服务的时间之和；
svctm：发送给装备I/O哀求的均匀服务时间(ms)，假如svctm与await很靠近，表现险些没有I/O等待，磁盘性能很好，否则磁盘队列等待时间较长，磁盘相应较差；
%util：装备的利用率，表明每秒中用于I/O工作时间的占比，单个磁盘当%util60%的时间性能就会降落(表现在await也会增长)，当靠近100%时间就装备饱和了，但对于有多个磁盘阵列的逻辑磁盘环境除外；
尚有，固然监测到的磁盘性能比力差，但是不肯定会对应用程序的相应造成影响，内核通常利用I/Oasynchronously技能，利用读写缓存技能来改善性能，不外这又跟上面的物理内存的限定相制约了。
上面的这些参数，对网络文件体系也是受用的。
三、网络类
网络性能对于服务器的紧张性不问可知，工具iptraf可以直观的实际网卡的收发速率信息，比力的简便方便通过sar-nDEV1也可以得到雷同的吞吐量信息，而网卡都标配了最大速率信息，比如百兆网卡千兆网卡，很轻易查察装备的利用率。
通常，网卡的传输速率并不是网络开辟中最为关切的，而是针对特定的UDP、TCP毗连的丢包率、重传率，以及网络延时等信息。
3.1
netstat
?~netstat-s
表现自从体系启动以来，各个协议的总体数据信息。固然参数信息比力丰富有效，但是累计值，除非两次运行做差才华得出当前体系的网络状态信息，亦大概利用watch眼睛直观其数值变革趋势。以是netstat通常用来检测端口和毗连信息的：
netstat–all(a)–numeric(n)–tcp(t)–udp(u)–timers(o)–listening(l)–program(p)
–timers可以取消域名反向查询，加快表现速率；比力常用的有
?~netstat-antp#列出全部TCP的毗连
?~netstat-nltp#列出本地全部TCP侦听套接字，不要加-a参数
3.2
sar
sar这个工具太强大了，什么CPU、磁盘、页面互换啥都管，这里利用-n重要用来分析网络活动，固然网络中它还给细分了NFS、IP、ICMP、SOCK等各种条理各种协议的数据信息，我们只关心TCP和UDP。下面的下令除了表现通例环境下段、数据报的收发环境，还包罗
TCP
?~sudosar-nTCP,ETCP1
active/s：本地发起的TCP毗连，比如通过connect()，TCP的状态从CLOSED-SYN-SENT
passive/s：由长途发起的TCP毗连，比如通过accept()，TCP的状态从LISTEN-SYN-RCVD
retrans/s(tcpRetransSegs)：每秒钟TCP重传数量，通常在网络质量差，大概服务器过载后丢包的环境下，根据TCP简直认重传机制会发生重传操纵
isegerr/s(tcpInErrs)：每秒钟吸取到堕落的数据包(比如checksum失败)
UDP
?~sudosar-nUDP1
noport/s(udpNoPorts)：每秒钟吸取到的但是却没有应用程序在指定目标端口的数据报个数
idgmerr/s(udpInErrors)：除了上面缘故起因之外的本机吸取到但却无法派发的数据报个数
固然，这些数据肯定程度上可以阐明网络可靠性，但也只有同具体的业务需求场景连合起来才具故意义。
3.3
tcpdump
tcpdump不得不说是个好东西。各人都知道本地调试的时间喜好利用wireshark，但是线上服务端出现题目怎么弄呢？
附录的参考文献给出了思绪：复原环境，利用tcpdump举行抓包，当题目复现(比如日记表现大概某个状态显现)的时间，就可以竣事抓包了，而且tcpdump本身带有-C/-W参数，可以限定抓取包存储文件的巨细，当到达这个这个限定的时间生存的包数据主动rotate，以是抓包数量总体还是可控的。以后将数据包拿下线来，用wireshark想怎么看就怎么看，岂不乐哉！tcpdump固然没有GUI界面，但是抓包的功能丝绝不弱，可以指定网卡、主机、端口、协议等各项过滤参数，抓下来的包完备又带偶然间戳，以是线上程序的数据包分析也可以这么简单。
下面就是一个小的测试，可见Chrome启动时间主动向Webserver发起创建了三条毗连，由于这里限定了dstport参数，以是服务端的应答包被过滤掉了，拿下来用wireshark打开，SYNC、ACK创建毗连的过程还是很显着的！在利用tcpdump的时间，必要尽大概的设置抓取的过滤条件，一方面便于接下来的分析，二则tcpdump开启后对网卡和体系的性能会有影响，进而会影响到在线业务的性能。
本文完！
作者：taozj
链接：https://taozj.org/201701/linux-performance-basic.html
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