Linux系统调优工具

前言

  在当今的数字化时代，Linux操作系统因其稳定性、灵活性和强大的性能，被广泛应用于服务器、嵌入式设备以及个人电脑中。然而，随着系统使用时间的增长和应用需求的增加，Linux系统可能会遇到性能瓶颈。为了确保系统的高效运行，系统调优成为了运维工程师和系统管理员的重要任务。本文将详细介绍一系列Linux系统调优工具，帮助读者更好地监控和优化系统性能。

一、系统调优概述与CPU负载查看

1.1. 使用 uptime查看系统负载

  uptime是一个简单而有效的工具，用于查看系统的整体运行状态。通过运行 uptime命令，我们可以获取系统的当前时间、运行时间、登录用户数以及平均负载。平均负载是衡量系统负载的重要指标，它表示在特定时间段内（1分钟、5分钟、15分钟）系统处于可运行或不可中断状态的平均进程数。如果1分钟负载值超过了CPU的核心数，这通常意味着系统可能正在经历短暂的过载。

• 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

1.2. 使用 top按CPU使用率排序

  top命令是Linux系统管理员的瑞士军刀，它提供了一个实时的视图，展示了系统中运行的进程及其资源使用情况。通过按大写 P键，我们可以按照CPU使用率对进程进行降序排列，从而快速识别出消耗CPU资源最多的进程。

1. 运行 top；
2. 按大写 P 按 CPU 使用率降序排列。

1.3. 使用 ps查看CPU使用最多的进程

  ps命令用于列出系统中的所有进程。通过结合使用 ps -aux --sort -pcpu | head -10，我们可以获取CPU使用率最高的前10个进程，这对于定位CPU密集型应用非常有帮助。

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

1.4. 使用 mpstat查看CPU详细状态

  mpstat是 sysstat工具包的一部分，它提供了关于CPU使用情况的详细统计信息。通过 mpstat -P ALL 1 5命令，我们可以监控所有CPU核心的使用情况，包括用户空间、内核空间、I/O等待和空闲时间的占比。

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）
mpstat -P ALL 1 5
%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。

二、查看内存运行状态

2.1. 使用 free查看内存使用

  free命令用于显示系统的内存使用情况。通过 free -m，我们可以以兆字节为单位查看内存的使用情况，特别是 available列，它表示系统实际可用的内存量，包括可回收的缓存。

available 列表示实际可用内存（包括可回收的缓存）。

2.2. 查看 /proc/meminfo获取详细内存信息

  /proc/meminfo文件包含了系统内存使用的详细信息。通过查看这个文件，我们可以获取更多关于内存使用情况的细节，如活跃内存和非活跃内存。

cat /proc/meminfo
Active：活跃内存；
Inactive：非活跃内存（可被换出）。

2.3. 使用 top按内存使用排序

  在 top命令中，按大写 M键可以按照内存使用情况对进程进行排序，这样我们可以快速找到内存消耗最大的进程。

1. 运行 top；
2. 按大写 M 按内存使用降序排列。

2.4. 使用 ps查看内存使用最多的进程

  通过 ps -aux --sort -rss | head -10命令，我们可以获取内存使用量最高的前10个进程，这对于内存优化至关重要。
ps -aux --sort -rss | head -10

三、查看磁盘I/O状态

3.1. 查看文件系统块大小

  了解文件系统的块大小对于磁盘性能调优非常重要。对于EXT4文件系统，我们可以使用 tune2fs命令来查看块大小；而对于XFS文件系统，则可以使用 xfs_growfs命令。

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）

3.2. 使用 iostat查看磁盘I/O

  iostat是一个强大的工具，用于监控磁盘的输入输出性能。通过 iostat -d -k -p /dev/sda 1 5命令，我们可以获取指定磁盘的读写速度等关键指标。

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

3.3. 使用 dd测试磁盘写入

  dd命令可以用来测试磁盘的写入性能。通过写入一个大文件并使用 sync命令确保数据写入磁盘，我们可以评估磁盘的写入速度。

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

3.4. 使用 iotop查看实时I/O进程

  iotop是一个专门用于监控磁盘I/O的工具，它可以显示每个进程的I/O使用情况。通过 iotop -o -d 1，我们可以实时查看哪些进程正在进行磁盘I/O操作。

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）

四、查看网络状态

4.1. 使用 nload查看实时带宽

  nload是一个简单的网络流量监控工具，它可以实时显示网络的接收和发送速率。通过 nload，我们可以监控网络流量的实时状态。

#实时网络流量状态 (Incoming/Outgoing）
#指标	           值	          说明
#当前速率 (Curr)	961.48 kBit/s	瞬时接收速率
#平均速率 (Avg)	131.55 kBit/s	本次会话的平均接收速率
#最小速率 (Min)	728 kBit/s	本次会话的最小接收速率
#最大速率 (Max)	1018.01 kBit/s	本次会话的最大接收速率 (峰值)
#总数据量 (Ttl)	13.67 MByte	本次会话累计接收的总数据量
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

4.2. 使用 nethogs查看进程网络使用

  nethogs是一个按进程显示网络带宽使用情况的工具。通过 nethogs，我们可以快速识别出哪些进程正在使用大量的网络带宽。

wget http://issuecdn.baidupcs.com/issue/netdisk/yunguanjia/BaiduNetdisk_5.5.3.exe

五、查看系统整体状态

5.1. 使用 vmstat查看系统整体状态

  vmstat是一个多功能的工具，用于报告虚拟内存统计信息，包括进程、内存、分页、块IO、陷阱和CPU活动。通过 vmstat 1 5，我们可以获得系统整体性能的快照。

vmstat 1 5 
# 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）
#- `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。

5.2. 使用 sar记录系统状态

  sar是 sysstat工具包中的一个强大工具，用于收集、报告和保存系统活动信息。通过 sar，我们可以记录和查看CPU、内存、网络等资源的使用情况。

5.2.1. sar -u 1 5

sar -u 2 5 -o cpu.sar
-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）

5.2.2. sar -r 1 5

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）

5.2.3. sar -n DEV 1 5

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）
-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）

5.2.4. sar -u -f cpu.sar

sar -u -f cpu.sar

• 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；
• 模拟高 I/O 场景，使用 iotop 定位 I/O 密集型进程；
• 使用 sar 记录一天中 CPU 和内存的使用趋势，并写出分析报告。

ls /var/log/sa/
sar -u -f /var/log/sa/sa25
sar -n DEV -f /var/log/sa/sa25

六、总结

  Linux系统调优是一个持续的过程，需要系统管理员不断地监控和调整。通过使用上述工具，我们可以有效地监控系统性能，及时发现并解决性能瓶颈。本文介绍了多种Linux系统调优工具的使用方法，希望能够帮助读者更好地理解和优化Linux系统性能。
  通过这些工具，我们可以对CPU、内存、磁盘I/O和网络状态进行全面的监控，从而确保Linux系统的高效和稳定运行。记住，系统调优不仅仅是一次性的任务，而是一个需要持续关注和调整的过程。希望本文能够成为您系统调优之旅的一个有用指南。