性能测试必备监控技能linux篇

前言

如果性能测试的目标服务器是linux系统，在如何使用linux自带的命令来实现性能测试过程的监控分析呢？

对于日常性能测试来讲，在linux下或是类Unix系统，我们必须掌握以下常用的指标查看命令。

ps
pstree
top
free
vmstat
iostat
iotop
sar

当然还有其他命令，这里就上述笔者常用的命令推荐大家掌握。

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ps

ps命令能给出当前系统中进程的快照。下面我们列举几个常用的选项，对于其他的请参考官方文档或是自行搜索相关文档。

使用 -a 参数。-a 代表 all。同时加上x参数会显示没有控制终端的进程。

ps -ax

通过我们会查找某类或包含某些指定关键字的进程，这是会使用管道结合grep命令来进一步过滤结果。

例如查找java相关的进程ps -ax | grep java

有时我们则需要根据CPU和内存的使用情况来过滤排序筛选结果，这样便于快速找到哪个进程最耗CPU、内存

ps -aux

根据CPU的使用升序排序

ps -aux --sort -pcpu

根据内存使用升序排序

ps -aux --sort -pmem

上述两个命令合并一起，如下：

ps -aux --sort -pcpu,+pmem

只显示前几个进程，例如显示前十个，需要使用管道结合head命令。

ps -aux | head -n 10

还有很多用法，这里就不做过多的列举。

pstree

pstree命令以树状图显示进程间的关系。

下面我们看几个常用的示例。

以树状图显示进程，只显示进程的名字，且相同进程合并显示。

pstree

以树状图显示进程，还显示进程PID。

pstree -p

以树状图显示进程PID为<pid>的进程以及子孙进程，如果有-p参数则同时显示每个进程的PID。

pstree <pid>或

pstree -p <pid>

以树状图显示进程，相同名称的进程不合并显示，并且会显示命令行参数，如果有-p参数则同时显示每个进程的PID。

pstree -a

为什么要用pstree命令，通过该命令，能让你更清晰的了解你要监控的目标服务关联了哪些资源，能让你更加清楚其资源关联情况，增加在性能测试过程中分析的准确性。

不管是ps还是pstree命令，在性能测试过程中，最重要的一个应用技巧就是获取资源消耗最高的目标进程的线程id。例如：

ps -mp <pid> -o HTREAD 
或
ps -Lfp <pid><pid> 为目标进程id

在找到其线程id后就可以使用

printf "%x\n" 线程id

转换成十六进制数

然后结合jstack命令，获取其堆栈信息以供分析。

top

top命令是Linux下常用的性能分析工具，能够实时显示系统中各个进程的资源占用状况，类似于Windows的任务管理器。

与ps不同的是，top显示系统当前的进程和其他状况,是一个动态显示过程,即可以通过用户按键来不断刷新当前状态。

直接使用即可

top

常规情况下主要关注以下指标:

load average: 0.02, 0.10, 0.13 系统负载，即任务队列的平均长度。三个数值分别为 1分钟、5分钟、15分钟前到现在的平均值。
total 进程总数
running 正在运行的进程数
sleeping 睡眠的进程数
stopped 停止的进程数
zombie 僵尸进程数

Cpu(s):

us 用户空间占用CPU百分比
sy 内核空间占用CPU百分比
id 空闲CPU百分比

Mem:

total 物理内存总量
used 使用的物理内存总量
free 空闲内存总量
buffers 用作内核缓存的内存量

对于进程详细的表头重点关注： PID、USER、PR、NI、VIRT、RES、SHR、S、%CPU、%MEM、TIME+、COMMAND 列。

具体含义不做说明了。

另外常用的top命令选项如下： top 每隔5秒显式所有进程的资源占用情况
top -d 2 每隔2秒显式所有进程的资源占用情况
top -c 每隔5秒显式进程的资源占用情况，并显示进程的命令行参数(默认只有进程名)
top -p <pid1> -p <pid2> 每隔5秒显示pid是pid1和pid是pid2的两个进程的资源占用情况
top -d 2 -c -p <pid> 每隔2秒显示pid是pid的进程的资源使用情况，并显式该进程启动的命令行参数

free

查看内存情况，将used的值减去buffer和cache的值就是你当前真实内存使用。

Mem：表示物理内存统计

total：表示物理内存总量(total = used + free)
used：表示总计分配给缓存（包含buffers 与cache ）使用的数量，但其中可能部分缓存并未实际使用。
free：未被分配的内存。
shared：共享内存，一般系统不会用到。
buffers：系统分配但未被使用的buffers 数量。
cached：系统分配但未被使用的cache 数量。

-/+ buffers/cache：表示物理内存的缓存统计

used：也就是第一行中的used – buffers-cached 也是实际使用的内存总量。
Swap：表示硬盘上交换分区的使用情况，这里我们不做关注。

但对于应用程序来说，buffers/cached 是等于可用的，因为buffer/cached是为了提高文件读取的性能，当应用程序需在用到内存的时候，buffer/cached会很快地被回收。所以从应用程序的角度来说可用内存=系统free memory+buffers+cached.

buffers是指用来给块设备做的缓冲大小，只记录文件系统的metadata以及 tracking in-flight pages.
cached是用来给文件做缓冲。

使用free命令，能让你清楚的了解当前系统内存消耗情况。

vmstat

vmstat命令是最常见的Linux/Unix监控工具，可以展现给定时间间隔的服务器的状态值,包括服务器的CPU使用率，内存使用，虚拟内存交换情况,IO读写情况。

相比于top、free等命令，vmstat可以看到整个机器的CPU,内存,IO的消耗情况。

一般情况下vmstat工具的使用是通过两个数字参数来完成的，第一个参数是采样的时间间隔数，单位是秒，第二个参数是采样的次数，如下命令：

vmstat 2 1

2表示每个两秒采集一次服务器状态，1表示只采集一次。

这个命令是做性能测试进一步诊断分析必须掌握的的

下面我们对其进行更详细的说明：

procs

r列显示运行和等待CPU时间片的进程数，若其值长时间大于系统CPU个数，就说明CPU资源可能不足，可以考虑增加CPU；
b列显示在等待资源的进程数，比如正在等待I/O或者内存交换等。

memory

swpd列显示切换到内存交换区的内存数量（以KB为单位）。若swpd的值不为0或者比较大，同时si、so的值长时间为0，那这种情况一般不用担心，不会影响系统性能
free列显示当前空闲的物理内存数量（以KB为单位）
buff列显示buffers cache的内存数量，一般对块设备的读写才需要缓冲
cache列显示page cached的内存数量，一般作文件系统的cached，频繁访问的文件都会被cached。如果cached值较大，就说明cached文件数较多。如果此时IO中的bi比较小，就说明文件系统效率比较好

swap

si列显示由磁盘调入内存，也就是内存进入内存交换区的数量
so列显示由内存调入磁盘，也就是内存交换区进入内存的数量

一般情况下，si、so的值都为0，如果si、so的值长时间不为0，则表示系统内存不足，需要考虑是否增加系统内存。

bi列显示从块设备读入的数据总量（即读磁盘，单位KB/秒）
bo列显示写入到块设备的数据总量（即写磁盘，单位KB/秒）

这里设置的bi+bo参考值为1000，如果超过1000，而且wa值比较大，则表示系统磁盘IO性能瓶颈。

system

in列表示在某一时间间隔中观察到的每秒设备中断数
cs列表示每秒产生的上下文切换次数

上面这两个值越大，会看到内核消耗的CPU时间就越多，这个时候可能要考虑下为何内核的消耗会这么大，有可能有瓶颈存在。

CPU

us列显示了用户进程消耗CPU的时间百分比。us的值比较高时，说明用户进程消耗的CPU时间多，如果长期大于50%，需要考虑优化程序啥的。
sy列显示了内核进程消耗CPU的时间百分比。sy的值比较高时，就说明内核消耗的CPU时间多；如果us+sy超过80%，就说明CPU的资源存在不足。
id列显示了CPU处在空闲状态的时间百分比
wa列显示IO等待所占的CPU时间百分比。wa值越高，说明IO等待越严重。如果wa值超过20%，说明IO等待严重
st列虚拟机占用的时间百分比。

sar

sar（System Activity Reporter系统活动情况报告）是目前 Linux 上最为全面的系统性能分析工具之一，可以从多方面对系统的活动进行报告，包括：文件的读写情况、系统调用的使用情况、磁盘I/O、CPU效率、内存使用状况、进程活动及IPC有关的活动等。

如果你的系统没安装该命令，请用以下方式进行安装

apt-get install sysstat
yum install sysstat

安装完成后在用以下命令启用：

vi /etc/default/sysstat

将ENABLED改为“true”

ENABLED="true"

重启下sar服务，开始采集相关数据

/etc/init.d/sysstat start

命令常用格式

sar [options] [-A] [-o file] t [n]

其中：

t为采样间隔，n为采样次数，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 是文件名。

options 为命令行选项，sar命令常用选项如下：

sar参数说明

-A 查看汇总所有的报告-a 查看文件读写使用情况-B 查看附加的缓存的使用情况-b 查看缓存的使用情况-c 查看系统调用的使用情况-d 查看磁盘的使用情况-g 查看串口的使用情况-h 查看关于buffer使用的统计数据-m 查看IPC消息队列和信号量的使用情况-n 查看命名cache的使用情况-p 查看调页活动的使用情况-q 查看运行队列和交换队列的平均长度-R 查看进程的活动情况-r 查看没有使用的内存页面和硬盘块-u 查看CPU的利用率-v 查看进程、文件和锁表状态-w 查看系统交换活动状况-y 查看TTY设备活动状况