理解Linux性能指标

在我们学习各类调优参数和性能分析工具之前，我们先理解各个衡量指标和它们在系统性能中所表示的含义。因为Linux是开源操作系统，所以它有很多性能测试工具。你最终选择的工具，是根据你的偏好和具体需求来决定的。尽管有很多工具可用，但是它们所衡量的指标是一样的，所以理解了指标，你可以使用任何工具。因此，我们只说最重要的指标，有很多很细的值可能在具体的分析中很有用，但是它们不在本文讨论范围。

处理器指标


处理器指标如下：

  • CPU利用率（CPU utilization）
    这个可能是最直接的指标，它全面展示了每个处理器的利用率。在IBM System x架构中，如果CPU利用率持续高于80%，就可能遇到了处理器瓶颈。
  • 用户时间（User time）
    表示CPU在用户进程上的时间百分比，包括nice时间。用户时间值高是一个较好的状态，在这种情况下，系统在处理真正的任务。
  • 系统时间（System time）
    表示CPU花在内核操作上的时间百分比，包括IRQ和softirq时间。持续的高系统时间可以指出网络和驱动栈的瓶颈。CPU花在内核上的时间越少越好。
  • 等待（Waiting）
    CPU花在等待I/O操作上的时间总和。类似blocked值，系统不应该把大量时间花在等待I/O操作上；否则，你应该调查I/O子系统的性能。
  • 空闲时间（Idle time）
    表示系统处于空闲等待任务的时间比。
  • Nice时间（Nice time）
    表示CPU花在re-nicing进程，改变进程执行顺序和优先级上的时间。

  • 平均负载（Load average）
    平均负载不是百分比，是下面的和的滚动平均值：

    • 在队列中等待被处理的进程数

    • 等待非中断任务完成的进程数

      是TASK_RUNNING和TASK_UNINTERRUPTIBLE的和的平均值。如果进程请求CPU时间被阻塞（表示CPU没有时间处理它们），平均负载就会升高。另一方面，如果每个进程直接就能获得CPU时间并且没有CPU周期丢失，负载就会降下来。

  • 可运行进程（Runable processes）
    表示已经准备好要执行的进程。这个值不应该持续超过CPU个数的10倍，否则就是出现了CPU瓶颈。
  • 阻塞的（Blocked）
    在等待I/O操作完成的时候，进程不能执行。阻塞进程可以指出你的I/O瓶颈。
  • 上下文切换（Context switch）
    系统上有大量的切换在线程间发生，在有大量中断和上下文切换发生时，表示驱动或应用程序出现了问题。一般来说，上下文切换不是好现象，因为CPU缓存需要刷新，但是有些上下文切换是必要的。
  • 中断（Interrupts）
    中断值包含硬中断和软中断。硬中断对系统性能有更大的影响。高中断值指示了软件瓶颈，无论是内核还是驱动程序层面的。记住中断值包含CPU时钟引起的中断。

    内存指标


    如下是内存度量值：
  • 空闲内存（Free memory）
    和其它操作系统相比，不应该过分担心Linux内存的问题。在“虚拟内存管理”一节中已经说过，Linux把大部分没用到的内存作为文件系统缓存，所以计算空闲内存的时候还得加上已用内存中的缓冲（buffer）和缓存(cache)大小。
  • Swap利用率（Swap usage）
    这个数值表明已经使用的swap的空间。如“虚拟内存管理”一节中所说的那样，swap使用率只是表明Linux的内存管理有多么高效。Swap In/Out才是识别内存瓶颈的手段，长时间每秒200到300以上的swap in/out次数表明可能出现内存瓶颈。
  • 缓冲和缓存（Buffer and cache）
    cache被用作文件系统缓存和块设备缓存。
  • Slabs
    描述内核的内存使用量。注意，内核页不能page out到磁盘。
  • 活动和非活动内存
    提供关于系统中活动的内存信息。非活动内存是可能由kswapd守护进程交换到磁盘的候选。参考“页帧回收”。

网络指标


以下是网络指标：

  • 接收和发送的包（Packets received and sent）
    这个指标告诉你指定网络接口的接收和发送网络包的数量。
  • 接收和发送的字节（Bytes received and sent）
    这个值是指定网卡的发送和接收的字节数。
  • 每秒碰撞（collisions per second）
    这个值提供了各个网络接口所连接网络的所发生的冲突数量。持续的冲突可能是由于网络基础设施导致的，而不是服务器。在大多数正确配置的网络中，碰撞很少发送，除非网络是由集线器组成的。
  • 丢包
    这是被内核丢弃的包的数量，可能是防火墙配置导致的，也可能是由于缺少网络缓冲。
  • 过载（Overruns）
    　过载表示网络接口用光缓冲空间的次数。这个指标应该和丢包联合起来使用，来判断瓶颈是由网络缓冲还是网络队列长度导致的。
  • 错误（Errors）
    被标识为故障的帧数目。这通常是由于网络不匹配或者部分网线损坏导致的。在铜基千兆中，部分损坏网线可能导致显著的网络性能问题。

块设备指标


以下是块设备的相关指标：

  • IO等待（Iowait）
    CPU花在等待I/O操作发生上的时间。该值长时间飙高预示着可能出现了I/O瓶颈。
  • 平均队列长度（Average queue length）
    未完成的I/O请求数量。通常，2到3的磁盘队列是很理想的；太高可能表示出现了I/O瓶颈。
  • 平均等待（Average wait）
    一个IO请求被服务的平均等待时间，以毫秒计算。等待时间由真实的I/O操作时间和I/O队列的等待时间组成。
  • 每秒传输（Transfers per second）
    表示每秒有多少个I/O操作被执行（读和写）。transfers per second和kBytes per second可以联合使用，来表示系统每秒的平均传输大小。平均传输大小通常应该和所使用的磁盘子系统的条带大小相匹配。
  • 每秒读写块（Blocks read/write per second）
    在内核2.6中，它表示每秒读取和写入1024字节块的数目。更早的内核，块大小可能不一样，从512字节到4K字节不等。
  • 每秒读写的千字节（Kilobytes per second read/write）
    从块设备读和写的千字节，表示从块设备中读取和写入的实际大小。

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