一天一个 Linux 命令（40）：vmstat 命令

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一、简介

Linux下的vmstat（英文全称：Virtual Meomory Statistics），虚拟内存统计的缩写，可对操作系统的虚拟内存、进程、CPU活动、I/O等系统整体运行状态进行监控。

vmstat不足之处是无法对某个进程进行深入分析。vmstat 工具提供了一种低开销的系统性能观察方式。因为 vmstat 本身就是低开销工具，在非常高负荷的服务器上，你需要查看并监控系统的健康情况,在控制窗口还是能够使用vmstat 输出结果。

二、格式说明

vmstat [options] [delay [count]]
vmstat [参数]Usage:vmstat [options] [delay [count]]Options:-a, --active           active/inactive memory-f, --forks            number of forks since boot-m, --slabs            slabinfo-n, --one-header       do not redisplay header-s, --stats            event counter statistics-d, --disk             disk statistics-D, --disk-sum         summarize disk statistics-p, --partition <dev>  partition specific statistics-S, --unit <char>      define display unit-w, --wide             wide output-t, --timestamp        show timestamp-h, --help     display this help and exit-V, --version  output version information and exit

三、选项说明

-a   显示活跃和非活跃内存
-f  显示启动后创建的进程总数。
-m  显示slab信息
-n  头信息仅显示一次
-s  以表格方式显示事件计数器和内存状态
-d  显示磁盘相关统计信息
-p  显示指定磁盘分区统计信息
-S  使用指定单位显示。参数有 k 、K 、m 、M ，分别代表1000、1024、1000000、1048576字节（byte）。默认单位为K（1024 bytes）
-V 显示vmstat版本信息delay：刷新时间间隔。如果不指定，只显示一条结果。
count：刷新次数。如果不指定刷新次数，但指定了刷新时间间隔，这时刷新次数为无穷。

四、命令功能

对操作系统的虚拟内存、进程、CPU活动、I/O等系统整体运行状态进行监控。

五、常见用法

5.1 显示活跃和非活跃内存

# vmstat -aprocs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----r  b   swpd   free  inact active   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st1  0      0 328332 2438756 4577156    0    0     0    10    0    0  0  0 99  0  0#每间隔1秒统计一次
# vmstat 1#每间隔1秒统计一次,总共统计5次
# vmstat -a 1 5
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----r  b   swpd   free  inact active   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st1  0      0 329084 2438724 4575624    0    0     0    10    0    0  0  0 99  0  00  0      0 328812 2438732 4575328    0    0     0     0 1068 1560  0  0 99  0  00  0      0 328456 2438732 4575776    0    0     0     0  848 1370  0  0 100  0  00  0      0 328456 2438732 4575776    0    0     0    76  683 1148  0  0 100  0  00  0      0 328812 2438728 4575384    0    0     0    72 1564 2719  0  0 99  0  0字段说明
Procs（进程）：
r: 运行队列中进程数量
b: 等待IO的进程数量Memory（内存）：
swpd: 使用虚拟内存大小
free: 可用内存大小
buff: 用作缓冲的内存大小
cache: 用作缓存的内存大小Swap：
si: 每秒从交换区写到内存的大小
so: 每秒写入交换区的内存大小
IO：（现在的Linux版本块的大小为1024bytes）
bi: 每秒读取的块数
bo: 每秒写入的块数system：
in: 每秒中断数，包括时钟中断。
cs: 每秒上下文切换数。CPU（以百分比表示）：
us: 用户进程执行时间(user time)
sy: 系统进程执行时间(system time)
id: 空闲时间(包括IO等待时间),中央处理器的空闲时间 。以百分比表示。
wa: 等待IO时间备注： 如果r经常大于4 ，且id经常少于40，表示cpu的负荷很重。如果pi，po 长期不等于0，表示内存不足。如果disk经常不等于0， 且在b中的队列大于3， 表示io性能不好。Linux在具有高稳定性、可靠性的同时，具有很好的可伸缩性和扩展性，能够针对不同的应用和硬件环境调整，优化出满足当前应用需要的最佳性能。因此企业在维护Linux系统、进行系统调优时，了解系统性能分析工具是至关重要的。

5.2 显示启动后创建的进程总数

# vmstat -f
70291088 forks#说明，这个数据是从/proc/stat中的processes字段里取得的

5.3 查看系统的slab信息

# vmstat -mCache                       Num  Total   Size  Pages
nf_conntrack_1              450    450    320     25
isofs_inode_cache            75     75    640     25
ext4_groupinfo_4k           420    420    136     30
ext4_inode_cache         155824 156080   1024     16
ext4_xattr                  184    184     88     46
ext4_free_data             2560   2560     64     64
ext4_allocation_context     128    128    128     32
ext4_io_end                1960   1960     72     56
ext4_extent_status        27527  84966     40    102
jbd2_journal_handle         340    340     48     85
jbd2_journal_head          1044   1044    112     36
jbd2_revoke_table_s         256    256     16    256
jbd2_revoke_record_s       4096   4096     32    128
ip6_dst_cache                90     90    448     18
RAWv6                        52     52   1216     26
UDPLITEv6                     0      0   1216     26
UDPv6                       104    104   1216     26
tw_sock_TCPv6                80     80    256     16
TCPv6                        60     60   2112     15
cfq_queue                     0      0    232     17
bsg_cmd                       0      0    312     26
Cache                       Num  Total   Size  Pages
mqueue_inode_cache           18     18    896     18
hugetlbfs_inode_cache        26     26    608     26
configfs_dir_cache          184    184     88     46
dquot                       272    272    256     16
kioctx                      112    112    576     28
userfaultfd_ctx_cache         0      0    192     21
dio                          75     75    640     25
pid_namespace                 0      0   2200     14
posix_timers_cache           64     64    248     16
UDP-Lite                      0      0   1088     30
flow_cache                    0      0    144     28
UDP                         120    120   1088     30
tw_sock_TCP                 304    352    256     16
TCP                         491    544   1984     16
dax_cache                    21     21    768     21
blkdev_integrity              0      0    112     36
blkdev_queue                 39     39   2496     13
blkdev_ioc                  312    312    104     39
user_namespace                0      0    488     16
dmaengine-unmap-128         240    240   1088     30
sock_inode_cache            682   1050    640     25
Cache                       Num  Total   Size  Pages
fsnotify_mark_connector    3060   3060     24    170
net_namespace                 6      6   5248      6
shmem_inode_cache          1187   1224    680     24
Acpi-State                 1286   1683     80     51
task_delay_info            1080   1080    112     36
taskstats                    96     96    328     24
proc_inode_cache           7205  17760    672     24
sigqueue                    400    400    160     25
bdev_cache                   38     38    832     19
kernfs_node_cache         16830  16830    120     34
mnt_cache                   189    189    384     21
inode_cache                9858  10746    592     27
dentry                   776220 776370    192     21
iint_cache                    0      0    128     32
avc_xperms_node            3650   3650     56     73
avc_node                   3584   3584     72     56
selinux_inode_security    11526  11526     40    102
buffer_head              1134212 1195467    104     39
vm_area_struct            17299  17496    216     18
mm_struct                   304    340   1600     20
fs_cache                    320    320     64     64
Cache                       Num  Total   Size  Pages
files_cache                 475    475    640     25
signal_cache                560    560   1152     28
sighand_cache               253    300   2112     15
task_xstate                 627    627    832     19
task_struct                 279    315   4208      7
cred_jar                   1533   1533    192     21
anon_vma                   9154   9588     80     51
pid                        2493   3168    128     32
shared_policy_node        95025 102765     48     85
numa_policy                  31     31    264     31
radix_tree_node           87727  87808    584     28
idr_layer_cache             255    255   2112     15
dma-kmalloc-8192              0      0   8192      4
dma-kmalloc-4096              0      0   4096      8
dma-kmalloc-2048              0      0   2048     16
dma-kmalloc-1024              0      0   1024     16
dma-kmalloc-512              32     32    512     16
dma-kmalloc-256               0      0    256     16
dma-kmalloc-128               0      0    128     32
dma-kmalloc-64                0      0     64     64
dma-kmalloc-32                0      0     32    128
Cache                       Num  Total   Size  Pages
dma-kmalloc-16                0      0     16    256
dma-kmalloc-8                 0      0      8    512
dma-kmalloc-192               0      0    192     21
dma-kmalloc-96                0      0     96     42
kmalloc-8192                 45     56   8192      4
kmalloc-4096                152    168   4096      8
kmalloc-2048                534    624   2048     16
kmalloc-1024               1353   1472   1024     16
kmalloc-512                1007   1152    512     16
kmalloc-256                3049   3936    256     16
kmalloc-192               77229  77427    192     21
kmalloc-128                1991   2048    128     32
kmalloc-96                 2685   3570     96     42
kmalloc-64               155391 156096     64     64
kmalloc-32                 1920   1920     32    128
kmalloc-16                 4608   4608     16    256
kmalloc-8                  5120   5120      8    512
kmem_cache_node             192    192     64     64
kmem_cache                  128    128    256     16#说明，这组信息来自于/proc/slabinfo。
slab:由于内核会有许多小对象，这些对象构造销毁十分频繁，比如i-node，dentry，这些对象如果每次构建的时候就向内存要一个页(4kb)，而其实只有几个字节，这样就会非常浪费，为了解决这个问题，就引入了一种新的机制来处理在同一个页框中如何分配小存储区，而slab可以对小对象进行分配,这样就不用为每一个对象分配页框，从而节省了空间，内核对一些小对象创建析构很频繁，slab对这些小对象进行缓冲,可以重复利用,减少内存分配次数。

5.4 头信息仅显示一次

# vmstat -n

5.5 以表格方式显示事件计数器和内存状态

# vmstat -s8008656 K total memory2198412 K used memory4572020 K active memory2438476 K inactive memory332064 K free memory212700 K buffer memory5265480 K swap cache0 K total swap0 K used swap0 K free swap23236842 non-nice user cpu ticks4704 nice user cpu ticks22491780 system cpu ticks8123700891 idle cpu ticks2666825 IO-wait cpu ticks0 IRQ cpu ticks274843 softirq cpu ticks0 stolen cpu ticks4790784 pages paged in786384320 pages paged out0 pages swapped in0 pages swapped out2665979789 interrupts2264646031 CPU context switches1616497272 boot time70292589 forks#说明，这些信息的分别来自于/proc/meminfo,/proc/stat和/proc/vmstat。

5.6 查看磁盘的读/写

# vmstat -d#每间隔1秒统计一次,总共统计5次
# vmstat -d 1 5
disk- ------------reads------------ ------------writes----------- -----IO------total merged sectors      ms  total merged sectors      ms    cur    sec
vda   261581    944 9569132 5360844 92451702 59872533 1572785921 474771528      0  29522
sr0      124      0   12436      67      0      0       0       0      0      0
vda   261581    944 9569132 5360844 92451702 59872533 1572785921 474771528      0  29522
sr0      124      0   12436      67      0      0       0       0      0      0
vda   261581    944 9569132 5360844 92451720 59872534 1572786145 474771556      0  29522
sr0      124      0   12436      67      0      0       0       0      0      0
vda   261581    944 9569132 5360844 92451722 59872597 1572786665 474771568      0  29522
sr0      124      0   12436      67      0      0       0       0      0      0
vda   261581    944 9569132 5360844 92451722 59872597 1572786665 474771568      0  29522
sr0      124      0   12436      67      0      0       0       0      0      0

5.7 显示指定的硬盘分区状态

# vmstat -p /dev/vda1
vda1          reads   read sectors  writes    requested writes261523    9557868   91469637 1572779937

六、拓展-理内存和虚拟内存

我们知道，直接从物理内存读写数据要比从硬盘读写数据要快的多，因此，我们希望所有数据的读取和写入都在内存完成，而内存是有限的，这样就引出了物理内存与虚拟内存的概念。

物理内存就是系统硬件提供的内存大小，是真正的内存，相对于物理内存，在Linux下还有一个虚拟内存的概念，虚拟内存就是为了满足物理内存的不足而提出的策略，它是利用磁盘空间虚拟出的一块逻辑内存，用作虚拟内存的磁盘空间被称为交换空间（Swap Space）。

作为物理内存的扩展，Linux会在物理内存不足时，使用交换分区的虚拟内存，更详细的说，就是内核会将暂时不用的内存块信息写到交换空间，这样以来，物理内存得到了释放，这块内存就可以用于其它目的，当需要用到原始的内容时，这些信息会被重新从交换空间读入物理内存。

Linux的内存管理采取的是分页存取机制，为了保证物理内存能得到充分的利用，内核会在适当的时候将物理内存中不经常使用的数据块自动交换到虚拟内存中，而将经常使用的信息保留到物理内存。

要深入了解Linux内存运行机制，需要知道下面提到的几个方面：

首先，Linux系统会不时的进行页面交换操作，以保持尽可能多的空闲物理内存，即使并没有什么事情需要内存，Linux也会交换出暂时不用的内存页面。这可以避免等待交换所需的时间。

其次，Linux进行页面交换是有条件的，不是所有页面在不用时都交换到虚拟内存，Linux内核根据”最近最经常使用“算法，仅仅将一些不经常使用的页面文件交换到虚拟内存，有时我们会看到这么一个现象：linux物理内存还有很多，但是交换空间也使用了很多。其实，这并不奇怪，例如，一个占用很大内存的进程运行时，需要耗费很多内存资源，此时就会有一些不常用页面文件被交换到虚拟内存中，但后来这个占用很多内存资源的进程结束并释放了很多内存时，刚才被交换出去的页面文件并不会自动的交换进物理内存，除非有这个必要，那么此刻系统物理内存就会空闲很多，同时交换空间也在被使用，就出现了刚才所说的现象了。关于这点，不用担心什么，只要知道是怎么一回事就可以了。

最后，交换空间的页面在使用时会首先被交换到物理内存，如果此时没有足够的物理内存来容纳这些页面，它们又会被马上交换出去，如此以来，虚拟内存中可能没有足够空间来存储这些交换页面，最终会导致Linux出现假死机、服务异常等问题，Linux虽然可以在一段时间内自行恢复，但是恢复后的系统已经基本不可用了。

因此，合理规划和设计Linux内存的使用，是非常重要的。

虚拟内存原理：

在系统中运行的每个进程都需要使用到内存，但不是每个进程都需要每时每刻使用系统分配的内存空间。当系统运行所需内存超过实际的物理内存，内核会释放某些进程所占用但未使用的部分或所有物理内存，将这部分资料存储在磁盘上直到进程下一次调用，并将释放出的内存提供给有需要的进程使用。

在Linux内存管理中，主要是通过“调页Paging”和“交换Swapping”来完成上述的内存调度。调页算法是将内存中最近不常使用的页面换到磁盘上，把活动页面保留在内存中供进程使用。交换技术是将整个进程，而不是部分页面，全部交换到磁盘上。

分页(Page)写入磁盘的过程被称作Page-Out，分页(Page)从磁盘重新回到内存的过程被称作Page-In。当内核需要一个分页时，但发现此分页不在物理内存中(因为已经被Page-Out了)，此时就发生了分页错误（Page Fault）。

当系统内核发现可运行内存变少时，就会通过Page-Out来释放一部分物理内存。经管Page-Out不是经常发生，但是如果Page-out频繁不断的发生，直到当内核管理分页的时间超过运行程式的时间时，系统效能会急剧下降。这时的系统已经运行非常慢或进入暂停状态，这种状态亦被称作thrashing(颠簸)。

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