Linux服务器性能排查

常见工作中，计算机系统的资源主要包括CPU，内存，磁盘I/O以及网络，过度使用这些资源将使系统陷入困境。当上述服务器系统资源中的任何一个遭遇瓶颈，都会带来服务器性能的下降，典型的症状就是系统运行迟缓。

CPU

查看系统负载的工具：uptime，w，都能查看系统负载，系统平均负载是处于运行或不可打扰状态的进程的平均数：

• 可运行：运行态，占用CPU，或就绪态，等待CPU调度。
• 不可打扰：阻塞，正在等待I/O

CPU诊断常用方法

1. 使用uptime查看系统负载

这个命令可以快速查看机器的负载情况。在Linux系统中，这些数据表示等待CPU资源的进程和阻塞在不可中断IO进程（进程状态为D）的数量。这些数据可以让我们对系统资源使用有一个宏观的了解。

命令的输出分别表示1分钟、5分钟、15分钟的平均负载情况。通过这三个数据，可以了解服务器负载是在趋于紧张还是区域缓解。如果1分钟平均负载很高，而15分钟平均负载很低，说明服务器正在命令高负载情况，需要进一步排查CPU资源都消耗在了哪里。反之，如果15分钟平均负载很高，1分钟平均负载较低，则有可能是CPU资源紧张时刻已经过去。

2. top命令

top命令包含了前面好几个命令的检查的内容。比如系统负载情况（uptime）、系统内存使用情况（free）、系统CPU使用情况（vmstat）等。因此通过这个命令，可以相对全面的查看系统负载的来源。同时，top命令支持排序，可以按照不同的列排序，方便查找出诸如内存占用最多的进程、CPU占用率最高的进程等。

3. sar命令查看CPU、内存和磁盘记录

默认情况下，sar命令显示当天的统计信息，不带参数显示CPU统计信息，参数-r显示收集的内存记录，-b显示磁盘I/O；

sar命令同样来自sysstat工具包，可以记录系统的CPU负载、I/O状况和内存使用记录，便于历史数据的回放。

排查思路：

CPU 占用率高很多情况下意味着一些东西，这也给服务器 CPU 使用率过高情况下指明了相应地排查思路：

• 当 user 占用率过高的时候，通常是某些个别的进程占用了大量的 CPU，这时候很容易通过 top 找到该程序;此时如果怀疑程序异常，可以通过 perf 等思路找出热点调用函数来进一步排查;
• 当 system 占用率过高的时候，如果 IO 操作(包括终端 IO)比较多，可能会造成这部分的 CPU 占用率高，比如在 file server、database server 等类型的服务器上，否则(比如>20%)很可能有些部分的内核、驱动模块有问题;
• 当 nice 占用率过高的时候，通常是有意行为，当进程的发起者知道某些进程占用较高的 CPU，会设置其 nice 值确保不会淹没其他进程对 CPU 的使用请求;
• 当 iowait 占用率过高的时候，通常意味着某些程序的 IO 操作效率很低，或者 IO 对应设备的性能很低以至于读写操作需要很长的时间来完成;
• 当 irq/softirq 占用率过高的时候，很可能某些外设出现问题，导致产生大量的irq请求，这时候通过检查 /proc/interrupts 文件来深究问题所在;

内存

我们可以从以下几个角度介绍Linux系统内存相关的排查。

1. 内存的使用率如何查看，使用率真的很高吗

2. 内存用在哪里了

3. 内存优化可以有哪些手段

内存诊断常用方法

1. 内存硬件查看

$ dmidecode -t memory

2. 内存的大体使用情况

free -m/-h
free命令用来查看系统内存的整体使用情况。

3. 哪些进程消耗内存比较多

top
top命令用来查看具体进程消耗的内存空间百分比。

vmstat 1
该命令会输出一些系统核心指标，这些指标可以让我们更详细的了解系统状态。后面跟的参数1，表示每秒输出一次统计信息。

I/O

当磁盘无法写入的时候，一般有以下可能：

• 文件系统只读
• 磁盘已满
• I节点使用完

I/O诊断常用方法

1. 遇到只读的文件系统

文件系统自动设置成只读可能是系统自我保护的一种机制，因此需要实现弄清究竟是什么原因造成了文件系统的只读。如果想要改变文件系统的只读属性，重新挂载目标分区即可。

2. 磁盘满

磁盘使用率、剩余空间等可以使用 df 命令查看。

3. I节点不足

当df显示磁盘空间充足，但文件系统却报错自己已满，无法写入时，需要检查是否耗尽了I节点。

在系统中创建一个新文件将会获得一个唯一的I节点，一旦把I节点用光，就无法再创建新的文件了，这在系统创建大量文件时才有可能发生，使用 df -i 命令可以查看I节点的使用情况。

4. iostat命令

iostat命令主要用于查看机器磁盘IO情况。该命令输出的列，主要含义是：

r/s, w/s, rkB/s, wkB/s：分别表示每秒读写次数和每秒读写数据量（千字节）。读写量过大，可能会引起性能问题。

await：IO操作的平均等待时间，单位是毫秒。这是应用程序在和磁盘交互时，需要消耗的时间，包括IO等待和实际操作的耗时。
如果这个数值过大，可能是硬件设备遇到了瓶颈或者出现故障。

avgqu-sz：向设备发出的请求平均数量。如果这个数值大于1，可能是硬件设备已经饱和（部分前端硬件设备支持并行写入）。

%util：设备利用率。这个数值表示设备的繁忙程度，经验值是如果超过60，可能会影响IO性能（可以参照IO操作平均等待时间）。
如果到达100%，说明硬件设备已经饱和。
如果显示的是逻辑设备的数据，那么设备利用率不代表后端实际的硬件设备已经饱和。
值得注意的是，即使IO性能不理想，也不一定意味这应用程序性能会不好，可以利用诸如预读取、写缓存等策略提升应用性能。

网络

网络排查一般是有一定的思路和顺序的，其实排查的思路就是根据具体的问题逐段排除故障可能发生的地方，最终确定问题。

所以首先要问一问，网络问题是什么，是不通，还是慢？

1. 如果是网络不通，要定位具体的问题，一般是不断尝试排除不可能故障的地方，最终定位问题根源。一般需要查看：

* 是否接入到链路

* 是否启用了相应的网卡

* 本地网络是否连接

* DNS故障

* 能否路由到目标主机

* 远程端口是否开放

2. 如果是网络速度慢，一般有以下几个方式定位问题源：

* DNS是否是问题的源头

* 查看路由过程中哪些节点是瓶颈

* 查看带宽的使用情况

网络诊断常用方法

1. 网卡是否工作，包括硬件和驱动：lspci，dmesg

2. IP参数是否正确设置：ifconfig

3. 局域网内通信是否正常：ping

4. 路由信息是否正常：route -n

5. DNS状态：dig, nslookup

6. 路由节点状况与延时：traceroute

7. 服务监听端口：netstat -lnp

8. 防火墙：iptables, SELinux

常用命令讲解

通过执行以下命令，可以在1分钟内对系统资源使用情况有个大致的了解。

• uptime
• dmesg | tail
• vmstat 1
• mpstat -P ALL 1
• pidstat 1
• iostat -xz 1
• free -m
• sar -n DEV 1
• sar -n TCP,ETCP 1
• top

其中一些命令需要安装sysstat包，有一些由procps包提供。这些命令的输出，有助于快速定位性能瓶颈，检查出所有资源（CPU、内存、磁盘IO等）的利用率（utilization）、饱和度（saturation）和错误（error）度量。

下面我们来逐一介绍下这些命令，有关这些命令更多的参数和说明，请参照命令的手册。

uptime

这个命令可以快速查看机器的负载情况。在Linux系统中，这些数据表示等待CPU资源的进程和阻塞在不可中断IO进程（进程状态为D）的数量。这些数据可以让我们对系统资源使用有一个宏观的了解。

命令的输出分别表示1分钟、5分钟、15分钟的平均负载情况。通过这三个数据，可以了解服务器负载是在趋于紧张还是区域缓解。如果1分钟平均负载很高，而15分钟平均负载很低，说明服务器正在命令高负载情况，需要进一步排查CPU资源都消耗在了哪里。反之，如果15分钟平均负载很高，1分钟平均负载较低，则有可能是CPU资源紧张时刻已经过去。

dmesg | tail

该命令会输出系统日志的最后10行。

vmstat 1

该命令会输出一些系统核心指标，这些指标可以让我们更详细的了解系统状态。后面跟的参数1，表示每秒输出一次统计信息。

r：等待在CPU资源的进程数。这个数据比平均负载更加能够体现CPU负载情况，数据中不包含等待IO的进程。如果这个数值大于机器CPU核数，那么机器的CPU资源已经饱和。

free：系统可用内存数（以千字节为单位），如果剩余内存不足，也会导致系统性能问题。下文介绍到的free命令，可以更详细的了解系统内存的使用情况。

si, so：交换区写入和读取的数量。如果这个数据不为0，说明系统已经在使用交换区（swap），机器物理内存已经不足。

us, sy, id, wa, st：这些都代表了CPU时间的消耗，它们分别表示用户时间（user）、系统（内核）时间（sys）、空闲时间（idle）、IO等待时间（wait）和被偷走的时间（stolen，一般被其他虚拟机消耗）。这些CPU时间，可以让我们很快了解CPU是否出于繁忙状态。一般情况下，如果用户时间和系统时间相加非常大，CPU出于忙于执行指令。如果IO等待时间很长，那么系统的瓶颈可能在磁盘IO。

mpstat -P ALL 1

该命令可以显示每个CPU的占用情况，如果有一个CPU占用率特别高，那么有可能是一个单线程应用程序引起的。

pidstat 1

pidstat命令输出进程的CPU占用率，该命令会持续输出，并且不会覆盖之前的数据，可以方便观察系统动态。

iostat -xz 1

iostat命令主要用于查看机器磁盘IO情况。该命令输出的列，主要含义是：

r/s, w/s, rkB/s, wkB/s：分别表示每秒读写次数和每秒读写数据量（千字节）。读写量过大，可能会引起性能问题。

await：IO操作的平均等待时间，单位是毫秒。这是应用程序在和磁盘交互时，需要消耗的时间，包括IO等待和实际操作的耗时。
如果这个数值过大，可能是硬件设备遇到了瓶颈或者出现故障。

avgqu-sz：向设备发出的请求平均数量。如果这个数值大于1，可能是硬件设备已经饱和（部分前端硬件设备支持并行写入）。

%util：设备利用率。这个数值表示设备的繁忙程度，经验值是如果超过60，可能会影响IO性能（可以参照IO操作平均等待时间）。
如果到达100%，说明硬件设备已经饱和。
如果显示的是逻辑设备的数据，那么设备利用率不代表后端实际的硬件设备已经饱和。
值得注意的是，即使IO性能不理想，也不一定意味这应用程序性能会不好，可以利用诸如预读取、写缓存等策略提升应用性能。

free –m

free命令可以查看系统内存的使用情况，-m参数表示按照兆字节展示。最后两列分别表示用于IO缓存的内存数，和用于文件系统页缓存的内存数。需要注意的是，第二行-/+ buffers/cache，看上去缓存占用了大量内存空间。这是Linux系统的内存使用策略，尽可能的利用内存，如果应用程序需要内存，这部分内存会立即被回收并分配给应用程序。因此，这部分内存一般也被当成是可用内存。

如果可用内存非常少，系统可能会动用交换区（如果配置了的话），这样会增加IO开销（可以在iostat命令中提现），降低系统性能。

sar -n DEV 1

sar命令在这里可以查看网络设备的吞吐率。在排查性能问题时，可以通过网络设备的吞吐量，判断网络设备是否已经饱和。

sar -n TCP,ETCP 1

sar命令在这里用于查看TCP连接状态，其中包括：

active/s：每秒本地发起的TCP连接数，既通过connect调用创建的TCP连接；

passive/s：每秒远程发起的TCP连接数，即通过accept调用创建的TCP连接；

retrans/s：每秒TCP重传数量；

TCP连接数可以用来判断性能问题是否由于建立了过多的连接，进一步可以判断是主动发起的连接，还是被动接受的连接。TCP重传可能是因为网络环境恶劣，或者服务器压力过大导致丢包。

top

top命令包含了前面好几个命令的检查的内容。比如系统负载情况（uptime）、系统内存使用情况（free）、系统CPU使用情况（vmstat）等。因此通过这个命令，可以相对全面的查看系统负载的来源。同时，top命令支持排序，可以按照不同的列排序，方便查找出诸如内存占用最多的进程、CPU占用率最高的进程等。

但是，top命令相对于前面一些命令，输出是一个瞬间值，如果不持续盯着，可能会错过一些线索。这时可能需要暂停top命令刷新，来记录和比对数据。