linux查看CPU性能及工作状态的指令mpstat，vmstat，iostat，sar，top

柔光的暖阳◎ 2022-09-29 14:48 220阅读 0赞

衡量CPU性能的指标：

1，用户使用CPU的情况；  
CPU运行常规用户进程  
CPU运行niced process  
CPU运行实时进程

2，系统使用CPU情况；  
用于I/O管理：中断和驱动  
用于内存管理：页面交换  
用户进程管理：进程开始和上下文切换

3，WIO：用于进程等待磁盘I/O而使CPU处于空闲状态的比率。

4，CPU的空闲率，除了上面的WIO以外的空闲时间

5，CPU用于上下文交换的比率

6，nice

7，real-time

8，运行进程队列的长度

9，平均负载

[Linux][]中常用的监控CPU整体性能的工具有：

§ mpstat： mpstat 不但能查看所有CPU的平均信息，还能查看指定CPU的信息。

§ vmstat：只能查看所有CPU的平均信息；查看cpu队列信息；

§ iostat: 只能查看所有CPU的平均信息。

§ sar： 与mpstat 一样，不但能查看CPU的平均信息，还能查看指定CPU的信息。

§ top：显示的信息同ps接近，但是top可以了解到CPU消耗，可以根据用户指定的时间来更新显示。

下面一一介绍：

一，vmstat

\[root@localhost ~\]\#vmstat -n 3       (每个3秒刷新一次）  
procs-----------memory--------------------swap-- ----io---- --system---- ------cpu--------  
r b   swpd   free       buff       cache       si   so    bi    bo   in      cs        us   sy   id  wa  
10    144 186164 105252 2386848    0    0     18   166  83     2          48   21  31  0  
20    144 189620 105252 2386848    0    0      0   177  1039 1210   34   10  56  0  
00    144 214324 105252 2386848    0    0      0    10   1071   670    32   5    63  0  
00    144 202212 105252 2386848    0    0      0   189   1035   558    20   3    77  0  
20    144 158772 105252 2386848    0    0      0   203  1065 2832    70  14  15  0

红色内容标示CPU相关的参数

PROC(ESSES)  
\--r:如果在processes中运行的序列(process r)是连续的大于在系统中的CPU的个数表示系统现在运行比较慢,有多数的进程等待CPU.  
如果r的输出数大于系统中可用CPU个数的4倍的话,则系统面临着CPU短缺的问题,或者是CPU的速率过低,系统中有多数的进程在等待CPU,造成系统中进程运行过慢.  
SYSTEM  
\--in:每秒产生的中断次数  
\--cs:每秒产生的上下文切换次数  
上面2个值越大，会看到由内核消耗的CPU时间会越大  
   
CPU  
\-us:用户进程消耗的CPU时间百分  
us的值比较高时，说明用户进程消耗的CPU时间多，但是如果长期超50%的使用，那么我们就该考虑优化程序[算法][Link 1]或者进行加速（比如[PHP][]/PERL）  
\-sy:内核进程消耗的CPU时间百分比（sy的值高时，说明系统内核消耗的CPU资源多，这并不是良性表现，我们应该检查原因）  
\-wa:IO等待消耗的CPU时间百分比  
wa的值高时，说明IO等待比较严重，这可能由于磁盘大量作随机访问造成，也有可能磁盘出现瓶颈（块操作）。  
\-id:CPU处于空闲状态时间百分比,如果空闲时间(cpu id)持续为0并且系统时间(cpu sy)是用户时间的两倍(cpu us) 系统则面临着CPU资源的短缺.

解决办法:  
当发生以上问题的时候请先调整应用程序对CPU的占用情况.使得应用程序能够更有效的使用CPU.同时可以考虑增加更多的CPU.  关于CPU的使用情况还可以结合mpstat,  ps aux top  prstat –a等等一些相应的命令来综合考虑关于具体的CPU的使用情况,和那些进程在占用大量的CPU时间.一般情况下，应用程序的问题会比较大一些.比如一些SQL语句不合理等等都会造成这样的现象.  
   
二，sar  
sar \[options\] \[-A\] \[-o file\] t \[n\]

在命令行中，n 和t 两个参数组合起来定义采样间隔和次数，t为采样间隔，是必须有  
的参数，n为采样次数，是可选的，默认值是1，-o file表示将命令结果以二进制格式  
存放在文件中，file 在此处不是关键字，是文件名。options 为命令行选项，sar命令  
的选项很多，下面只列出常用选项：

\-A：所有报告的总和。  
\-u：CPU利用率  
\-v：进程、I节点、文件和锁表状态。  
\-d：硬盘使用报告。  
\-r：内存和交换空间的使用统计。  
\-g：串口I/O的情况。  
\-b：缓冲区使用情况。  
\-a：文件读写情况。  
\-c：系统调用情况。  
\-q：报告队列长度和系统平均负载  
\-R：进程的活动情况。  
\-y：终端设备活动情况。  
\-w：系统交换活动。  
\-x \{ pid | SELF | ALL \}：报告指定进程ID的统计信息，SELF关键字是sar进程本身的统计，ALL关键字是所有系统进程的统计。

用sar进行CPU利用率的分析  
\#sar -u 2 10  
Linux 2.6.18-53.el5PAE (localhost.localdomain)  03/28/2009  
07:40:17 PM       CPU     %user     %nice   %system   %iowait    %steal     %idle  
07:40:19 PM       all         12.44      0.00         6.97          1.74         0.00        78.86  
07:40:21 PM       all         26.75      0.00        12.50         16.00       0.00        44.75  
07:40:23 PM       all         16.96      0.00         7.98          0.00         0.00        75.06  
07:40:25 PM       all         22.50      0.00         7.00          3.25         0.00        67.25  
07:40:27 PM       all         7.25        0.00         2.75          2.50         0.00        87.50  
07:40:29 PM       all         20.05      0.00         8.56          2.93         0.00        68.46  
07:40:31 PM       all         13.97      0.00         6.23          3.49         0.00        76.31  
07:40:33 PM       all         8.25        0.00         0.75          3.50         0.00        87.50  
07:40:35 PM       all         13.25      0.00         5.75          4.00         0.00        77.00  
07:40:37 PM       all         10.03      0.00         0.50          2.51         0.00        86.97  
Average:             all         15.15      0.00         5.91          3.99         0.00        74.95  
   
在显示内容包括：

%user：CPU处在用户模式下的时间百分比。  
        %nice：CPU处在带NICE值的用户模式下的时间百分比。  
　　%system：CPU处在系统模式下的时间百分比。  
　　%iowait：CPU等待输入输出完成时间的百分比。  
        %steal：管理程序维护另一个虚拟处理器时，虚拟CPU的无意识等待时间百分比。  
　　%idle：CPU空闲时间百分比。  
        在所有的显示中，我们应主要注意%iowait和%idle，%iowait的值过高，表示硬盘存在I/O瓶颈，%idle值高，表示CPU较空闲，如果%idle值高但系统响应慢时，有可能是CPU等待分配内存，此时应加大内存容量。%idle值如果持续低于10，那么系统的CPU处理能力相对较低，表明系统中最需要解决的资源是CPU。  
   
用sar进行运行进程队列长度分析：  
\#sar -q 2 10  
Linux 2.6.18-53.el5PAE (localhost.localdomain)  03/28/2009  
07:58:14 PM   runq-sz  plist-sz   ldavg-1   ldavg-5  ldavg-15  
07:58:16 PM         0         493          0.64        0.56        0.49  
07:58:18 PM         1         491          0.64        0.56        0.49  
07:58:20 PM         1         488          0.59        0.55        0.49  
07:58:22 PM         0         487          0.59        0.55        0.49  
07:58:24 PM         0         485          0.59        0.55        0.49  
07:58:26 PM         1         483          0.78        0.59        0.50  
07:58:28 PM         0         481          0.78        0.59        0.50  
07:58:30 PM         1         480          0.72        0.58        0.50  
07:58:32 PM         0         477          0.72        0.58        0.50  
07:58:34 PM         0         474          0.72        0.58        0.50  
Average:               0         484          0.68        0.57        0.49  
   
runq-sz 准备运行的进程运行队列。  
plist-sz  进程队列里的进程和线程的数量  
ldavg-1  前一分钟的系统平均负载(load average)  
ldavg-5  前五分钟的系统平均负载(load average)  
ldavg-15  前15分钟的系统平均负载(load average)  
   
顺便说一下load avarage的含义  
load average可以理解为每秒钟CPU等待运行的进程个数.  
在Linux系统中，sar -q、uptime、w、top等命令都会有系统平均负载load average的输出，那么什么是系统平均负载呢？  
　　系统平均负载被定义为在特定时间间隔内运行队列中的平均任务数。如果一个进程满足以下条件则其就会位于运行队列中：  
　　- 它没有在等待I/O操作的结果  
　　- 它没有主动进入等待状态(也就是没有调用'wait')  
　　- 没有被停止(例如：等待终止)  
　　例如：  
\# uptime  
　　20:55:40 up 24 days,  3:06,  1 user,  load average: 8.13, 5.90, 4.94  
　　命令输出的最后内容表示在过去的1、5、15分钟内运行队列中的平均进程数量。  
　　一般来说只要每个CPU的当前活动进程数不大于3那么系统的性能就是良好的，如果每个CPU的任务数大于5，那么就表示这台机器的性能有严重问题。对 于上面的例子来说，假设系统有两个CPU，那么其每个CPU的当前任务数为：8.13/2=4.065。这表示该系统的性能是可以接受的。  
   
三，iostat  
   
\#iostat -c 2 10  
Linux 2.6.18-53.el5PAE (localhost.localdomain)  03/28/2009  
avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle  
                    30.10    0.00          4.89         5.63    0.00   59.38  
avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle  
                    8.46       0.00          1.74         0.25    0.00   89.55  
avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle  
                    22.06     0.00          11.28       1.25    0.00   65.41  
   
四，mpstat  
mpstat 是Multiprocessor Statistics的缩写，是实时系统监控工具。其报告与CPU的一些统计信息，这些信息存放在/proc/stat文件中。在多CPUs系统里，其不但能查看所有CPU的平均状况信息，而且能够查看特定CPU的信息。下面只介绍 mpstat与CPU相关的参数，mpstat的语法如下：

mpstat \[-P \{|ALL\}\] \[internal \[count\]\]

参数的含义如下：

参数 解释

\-P \{|ALL\} 表示监控哪个CPU， cpu在\[0,cpu个数-1\]中取值

internal 相邻的两次采样的间隔时间

count 采样的次数，count只能和delay一起使用

当没有参数时，mpstat则显示系统启动以后所有信息的平均值。有interval时，第一行的信息自系统启动以来的平均信息。从第二行开始，输出为前一个interval时间段的平均信息。与CPU有关的输出的含义如下：

参数 解释 从/proc/stat获得数据

CPU 处理器ID

user 在internal时间段里，用户态的CPU时间（%） ，不包含 nice值为负 进程 dusr/dtotal\*100

nice 在internal时间段里，nice值为负进程的CPU时间（%） dnice/dtotal\*100

system 在internal时间段里，核心时间（%） dsystem/dtotal\*100

iowait 在internal时间段里，硬盘IO等待时间（%） diowait/dtotal\*100

irq 在internal时间段里，软中断时间（%） dirq/dtotal\*100

soft 在internal时间段里，软中断时间（%） dsoftirq/dtotal\*100

idle 在internal时间段里，CPU除去等待磁盘IO操作外的因为任何原因而空闲的时间闲置时间 （%） didle/dtotal\*100

intr/s 在internal时间段里，每秒CPU接收的中断的次数 dintr/dtotal\*100

CPU总的工作时间=total\_cur=user+system+nice+idle+iowait+irq+softirq

total\_pre=pre\_user+ pre\_system+ pre\_nice+ pre\_idle+ pre\_iowait+ pre\_irq+ pre\_softirq

duser=user\_cur – user\_pre

dtotal=total\_cur-total\_pre

其中\_cur 表示当前值，\_pre表示interval时间前的值。上表中的所有值可取到两位小数点。  
\#mpstat -P ALL 2 10  
Linux 2.6.18-53.el5PAE (localhost.localdomain)  03/28/2009  
   
10:07:57 PM  CPU   %user   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal   %idle    intr/s  
10:07:59 PM  all   20.75    0.00   10.50    1.50    0.25    0.25    0.00   66.75   1294.50  
10:07:59 PM    0   16.00    0.00    9.00    1.50    0.00    0.00    0.00   73.50   1000.50  
10:07:59 PM    1   25.76    0.00   12.12    1.52    0.00    0.51    0.00   60.10    294.00

[Linux]: http://lib.csdn.net/base/linux
[Link 1]: http://lib.csdn.net/base/datastructure
[PHP]: http://lib.csdn.net/base/php