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一、前言

很顯然從名字中我們就可以知道vmstat是一個檢視虛擬記憶體（Virtual Memory）使用狀況的工具，但是怎樣通過vmstat來發現系統中的瓶頸呢？在回答這個問題前，還是讓我們回顧一下Linux中關於虛擬記憶體相關內容。

二、虛擬記憶體原理

在系統中執行的每個程序都需要使用到記憶體，但不是每個程序都需要每時每刻使用系統分配的記憶體空間。當系統執行所需記憶體超過實際的實體記憶體，核心會釋放某些程序所佔用但未使用的部分或所有實體記憶體，將這部分資料儲存在磁碟上直到程序下一次呼叫，並將釋放出的記憶體提供給有需要的程序使用。

在Linux記憶體管理中，主要是通過“調頁Paging”和“交換Swapping”來完成上述的記憶體排程。調頁演算法是將記憶體中最近不常使用的頁面換到磁碟上，把活動頁面保留在記憶體中供程序使用。交換技術是將整個程序，而不是部分頁面，全部交換到磁碟上。

分頁(Page)寫入磁碟的過程被稱作Page-Out，分頁(Page)從磁碟重新回到記憶體的過程被稱作Page-In。當核心需要一個分頁時，但發現此分頁不在實體記憶體中(因為已經被Page-Out了)，此時就發生了分頁錯誤（Page Fault）。

當系統核心發現可執行記憶體變少時，就會通過Page-Out來釋放一部分實體記憶體。經管Page-Out不是經常發生，但是如果Page-out頻繁不斷的發生，直到當核心管理分頁的時間超過執行程式的時間時，系統效能會急劇下降。這時的系統已經執行非常慢或進入暫停狀態，這種狀態亦被稱作thrashing(顛簸)。

三、vmstat詳解

1.用法

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]

-a：顯示活躍和非活躍記憶體

-f：顯示從系統啟動至今的fork數量 。

-m：顯示slabinfo

-n：

-s：顯示記憶體相關統計資訊及多種系統活動數量。

delay：重新整理時間間隔。如果不指定，只顯示一條結果。

count：重新整理次數。如果不指定重新整理次數，但指定了重新整理時間間隔，這時重新整理次數為無窮。

-d：顯示磁碟相關統計資訊。

-p：顯示指定磁碟分割槽統計資訊

-S：使用指定單位顯示。引數有 k 、K 、m 、M ，分別代表1000、1024、1000000、1048576位元組（byte）。預設單位為K（1024 bytes）

-V：顯示vmstat版本資訊。
2.使用說明

例子1：每3秒輸出一條結果

欄位說明：

Procs（程序）：

r: 執行佇列中程序數量，這個值也可以判斷是否需要增加CPU。（長期大於1）
b: 等待IO的程序數量

Memory（記憶體）：

swpd: 使用虛擬記憶體大小

注意：如果swpd的值不為0，但是SI，SO的值長期為0，這種情況不會影響系統性能。
free: 空閒實體記憶體大小
buff: 用作緩衝的記憶體大小
cache: 用作快取的記憶體大小

注意：如果cache的值大的時候，說明cache處的檔案數多，如果頻繁訪問到的檔案都能被cache處，那麼磁碟的讀IO bi會非常小。

Swap：

si: 每秒從交換區寫到記憶體的大小，由磁碟調入記憶體
so: 每秒寫入交換區的記憶體大小，由記憶體調入磁碟

注意：記憶體夠用的時候，這2個值都是0，如果這2個值長期大於0時，系統性能會受到影響，磁碟IO和CPU資源都會被消耗。有些朋友看到空閒記憶體（free）很少的或接近於0時，就認為記憶體不夠用了，不能光看這一點，還要結合si和so，如果free很少，但是si和so也很少（大多時候是0），那麼不用擔心，系統性能這時不會受到影響的。

IO：（現在的Linux版本塊的大小為1kb）

bi: 每秒讀取的塊數
bo: 每秒寫入的塊數

注意：隨機磁碟讀寫的時候，這2個值越大（如超出1024k)，能看到CPU在IO等待的值也會越大。

系統：

in: 每秒中斷數，包括時鐘中斷。
cs: 每秒上下文切換數。

注意：上面2個值越大，會看到由核心消耗的CPU時間會越大。

CPU（以百分比表示）：

us: 使用者程序執行時間百分比(user time)

注意： us的值比較高時，說明使用者程序消耗的CPU時間多，但是如果長期超50%的使用，那麼我們就該考慮優化程式演算法或者進行加速。

sy: 核心系統程序執行時間百分比(system time)

注意：sy的值高時，說明系統核心消耗的CPU資源多，這並不是良性表現，我們應該檢查原因。

wa: IO等待時間百分比

注意：wa的值高時，說明IO等待比較嚴重，這可能由於磁碟大量作隨機訪問造成，也有可能磁碟出現瓶頸（塊操作）。

id: 空閒時間百分比

例子2：顯示活躍和非活躍記憶體

使用-a選項顯示活躍和非活躍記憶體時，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。

欄位說明：

Memory（記憶體）：

inact: 非活躍記憶體大小（當使用-a選項時顯示）
active: 活躍的記憶體大小（當使用-a選項時顯示）

總結：

目前說來，對於伺服器監控有用處的度量主要有：

r（執行佇列）
pi（頁匯入）
us（使用者CPU）
sy（系統CPU）
id（空閒）
注意：如果r經常大於4 ，且id經常少於40，表示cpu的負荷很重。如果bi，bo 長期不等於0，表示記憶體不足。

通過VMSTAT識別CPU瓶頸：
r（執行佇列）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下檢視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順序

通過vmstat識別CPU滿負荷：

首先需要宣告一點的是，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 滿負荷工作並不能說明什麼，Linux總是試圖要CPU儘可能的繁忙，使得任務的吞吐量最大化。唯一能夠確定CPU瓶頸的還是r（執行佇列）的值。

通過vmstat識別RAM瓶頸：

資料庫伺服器都只有有限的RAM，出現記憶體爭用現象是Oracle的常見問題。

首先用free檢視RAM的數量：
[[email protected] ~]$ free
total       used       free     shared    buffers     cached
Mem:       2074924    2071112       3812          0      40616    1598656
-/+ buffers/cache:     431840    1643084
Swap:      3068404     195804    2872600

當記憶體的需求大於RAM的數量，伺服器啟動了虛擬記憶體機制，通過虛擬記憶體，可以將RAM段移到SWAP DISK的特殊磁碟段上，這樣會 出現虛擬記憶體的頁匯出和頁匯入現象，頁匯出並不能說明RAM瓶頸，虛擬記憶體系統經常會對記憶體段進行頁匯出，但頁匯入操作就表明了伺服器需要更多的記憶體了， 頁匯入需要從SWAP DISK上將記憶體段複製回RAM，導致伺服器速度變慢。

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）

參考文件，本人做了相關修改和說明：

http://hi.baidu.com/imlidapeng/blog/item/51872329329ab8335243c1c9.html

http://qa.taobao.com/?p=2269