Linux系统内核介绍及Linux系统运行级别，uname,vmstat,top命令参数详解和一些排查案例

Linux系统内核：内核是操作系统的核心，有很多基本功能，负责管理系统的进程

内存设备驱动程序 文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性

Linux内核相关介绍：

内存管理（Linux采用虚拟内存）

进程管理（进程调度）

设备驱动程序

文件系统（虚拟文件系统vfs）

网络管理

内核组成部分：内核核心文件 内核对象 内核补充文件 文件系统

内核信息获取命令：uname

uname命令显示多个系统信息，包括Linux内核体系结构，名称版本和发行版。

hostnamectl实用程序是systemd的一部分，用于查询和更改系统主机名。它还显示Linux发行版和内核版本：

Uname -n 显示节点名称 localhost.localdomain

Uname -r 显示内核版本号

Uname -a 显示所有信息

Uname -s 显示系统名称 Linux

Lsmod :可以显示模块名称模块大小被引用次数以及被谁引用

!!!内核空间和用户空间可以通过/proc虚拟文件系统进行通信

***/proc目录中包含一些目录和虚拟文件这些虚拟文件可以向用户呈现内核信息

或者从用户空间向内核空间发送信息

通过查看/proc/version文件确认内核版本

/proc目录包含虚拟文件，其中包含有关系统内存，CPU内核，

已安装文件系统等的信息。有关正在运行的内核的信息存储在/proc/version虚拟文件中。

Linux系统启动过程：

内核空间与用户空间

内核态：当一个任务（进程）执行系统调用而陷入内核代码中执行时

用户态：用户执行自己的代码

用户态到内核态的条件：系统调用异常外围设备的中断

系统运行级别：init进程由内核启动的用户级进程

Linux七个运行级别：

0：系统停机状态将0 设置为默认运行级别则不能正常启动

1：单用户工作状态 root权限（单用户修改密码）重启虚拟机找到utf-8 之后添加一个 init=/bin/bash 并按CTRL+x 执行后进入如下提示符： mount-o remount.rw / 回车后输入passwd 修改密码修改好之后，进入另一个界面输入 touch /.autorelabe 更新信息系统信息输入完后最后执行exec/sbin/init 即可退出单用户模式 用于系统维护禁止远程登陆

2：多用户状态无NFS 网络文件系统表示层协议

3:完全的多用户状态有NFS 登陆后进入控制台命令行模式

4:未使用，保留级别

5:图形化模式登陆后进入图形GUI模式

6:重启模式将6设置为默认模式系统不能正常运行会一直陷入重启开机重启的循环

运行级别的切换： init N 例如：init 0 系统会关机 init 6系统会重启

注意：该系统切换是临时的

runlevel 查看系统运行级别一般都为 3 完全多用户状态

Init进程id为1 是初始化进程 ps -ef |grep init

永久修改： 修改默认运行级别： vim /etc/inittab 中的initdefault 的值

Systemctl get-default 查看的是多用户级别

Init 0 切换运行级别命令

系统启动过程：

加载linux的核心就必须能识别linux的文件系统，核心文件一般会放在/boot/vmlinuz。

内核启动流程：

Linux系统调优：

常见系统性能问题：

web网页响应慢 SQL操作慢 CPU负载高 内存负载高

影响性能的因素：

1）CPU（cpu的速度与性能很大一部分决定了系统整体的性能，是否使用SMP）
2）内存（物理内存不够时会使用交换内存，使用swap会带来磁盘I0和cpu的开销）
3）硬盘（存储系统）
        a.Raid技术使用（RAID0, RAID1, RAID5, RAID0+1）
        b.小文件读写瓶颈是磁盘的寻址（tps），大文件读写的性能瓶颈是带宽
        c.Linux可以利用空闲内存作文件系统访问的cache，因此系统内存越大存储系统的性能也越好

一般情况下系统良好运行的时候恰恰各项资源达到了一个平衡体，任何一项资源的过渡使用都会造成平衡体系破坏，从而造成系统负载极高或者响应迟缓。比如CPU过度使用会造成大量进程等待CPU资源，系统响应变慢，等待会造成进程数增加，进程增加又会造成内存使用增加，内存耗尽又会造成虚拟内存使用，使用虚拟内存又会造成磁盘IO增加和CPU开销增加

性能分析的步骤：

1) 对资源的使用状况进行长期的监控和数据采集（nagios、cacti）
2）使用常见的性能分析工具（vmstat、top、free、iostat等)
3）经验积累
      a.应用程序设计的缺陷和数据库查询的滥用最有可能导致性能问题
      b.性能瓶颈可能是因为程序差/内存不足/磁盘瓶颈，但最终表现出的结果就是CPU耗尽，系统负载极高，响应迟缓，甚至暂时失去响应
      c.物理内存不够时会使用交换内存，使用swap会带来磁盘I0和cpu的开销
      d.可能造成cpu瓶颈的问题：频繁执Perl，php，java程序生成动态web；数据库查询

大量的where子句、order by/group by排序……
e.可能造成内存瓶颈问题：高并发用户访问、系统进程多，java内存泄露……
f.可能造成磁盘IO瓶颈问题：生成cache文件，数据库频繁更新，或者查询大表……

4）网络带宽。

系统调优工具：

1.Vmstat:

Procs: r 运行和等待CPU时间片的进程数

b 表示等待资源的进程数

memory： swpd 切换到内存交换区的内存数量

free 表示当前空闲的物理内存数量

buffer：缓冲区的内存数量 一般对块设备的读写才需要缓冲

cache 文件系统的缓存cached

swap：si 磁盘调入内存

so 内存调入磁盘

一般情况下为0

io：bi 表示从块设备读入的数据总量

bo: 表示写入到块设备的数据总量

System: in 表示在某一时间间隔中观察到的每秒设备中断数

cs 表示每秒产生的上下文切换次数

CPU： us 用户进程消耗CPU的时间百分比

sy 内核进程消耗CPU的时间百分比

id CPU在空闲状态的时间百分比

wa io等待所占CPU时间百分比

st 虚拟机占用时间百分比

2.top:

一、top前5行统计信息

第1行：top - 05:43:27 up 4:52, 2 users, load average: 0.58, 0.41, 0.30

第1行是任务队列信息，其参数如下：

内容	含义
05:43:27	表示当前时间
up 4:52	系统运行时间格式为时：分
2 users	当前登录用户数
load average: 0.58, 0.41, 0.30	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。

load average: 如果这个数除以逻辑CPU的数量，结果高于5的时候就表明系统在超负荷运转了。

第2行：Tasks: 159 total, 1 running, 158 sleeping, 0 stopped, 0 zombie

第3行：%Cpu(s): 37.0 us, 3.7 sy, 0.0 ni, 59.3 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st

第2、3行为进程和CPU的信息

当有多个CPU时，这些内容可能会超过两行，其参数如下：

内容	含义
159 total	进程总数
1 running	正在运行的进程数
158 sleeping	睡眠的进程数
0 stopped	停止的进程数
0 zombie	僵尸进程数
37.0 us	用户空间占用CPU百分比
3.7 sy	内核空间占用CPU百分比
0.0 ni	用户进程空间内改变过优先级的进程占用CPU百分比
59.3 id	空闲CPU百分比
0.0 wa	等待输入输出的CPU时间百分比
0.0 hi	硬中断（Hardware IRQ）占用CPU的百分比
0.0 si	软中断（Software Interrupts）占用CPU的百分比
0.0 st

第4行：KiB Mem: 1530752 total, 1481968 used, 48784 free, 70988 buffers

第5行：KiB Swap: 3905532 total, 267544 used, 3637988 free. 617312 cached Mem

第4、5行为内存信息

其参数如下：

内容	含义
KiB Mem: 1530752 total	物理内存总量
1481968 used	使用的物理内存总量
48784 free	空闲内存总量
70988 buffers（buff/cache）	用作内核缓存的内存量
KiB Swap: 3905532 total	交换区总量
267544 used	使用的交换区总量
3637988 free	空闲交换区总量
617312 cached Mem	缓冲的交换区总量。
3156100 avail Mem	代表可用于进程下一次分配的物理内存数量

上述最后提到的缓冲的交换区总量，这里解释一下，所谓缓冲的交换区总量，即内存中的内容被换出到交换区，而后又被换入到内存，但使用过的交换区尚未被覆盖，该数值即为这些内容已存在于内存中的交换区的大小。相应的内存再次被换出时可不必再对交换区写入。

计算可用内存数有一个近似的公式：

第四行的free + 第四行的buffers + 第五行的cached

二、进程信息

列名	含义
PID	进程id
PPID	父进程id
RUSER	Real user name
UID	进程所有者的用户id
USER	进程所有者的用户名
GROUP	进程所有者的组名
TTY	启动进程的终端名。不是从终端启动的进程则显示为 ?
PR	优先级
NI	nice值。负值表示高优先级，正值表示低优先级
P	最后使用的CPU，仅在多CPU环境下有意义
%CPU	上次更新到现在的CPU时间占用百分比
TIME	进程使用的CPU时间总计，单位秒
TIME+	进程使用的CPU时间总计，单位1/100秒
%MEM	进程使用的物理内存百分比
VIRT	进程使用的虚拟内存总量，单位kb。VIRT=SWAP+RES
SWAP	进程使用的虚拟内存中，被换出的大小，单位kb
RES	进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位kb。RES=CODE+DATA
CODE	可执行代码占用的物理内存大小，单位kb
DATA	可执行代码以外的部分(数据段+栈)占用的物理内存大小，单位kb
SHR	共享内存大小，单位kb
nFLT	页面错误次数
nDRT	最后一次写入到现在，被修改过的页面数。
S	进程状态。D=不可中断的睡眠状态 R=运行 S=睡眠 T=跟踪/停止 Z=僵尸进程
COMMAND	命令名/命令行
WCHAN	若该进程在睡眠，则显示睡眠中的系统函数名
Flags	任务标志

3.free

4.iostat

网络参数调优： 比如：TIME_WAIT过高 DDOS攻击

系统参数调优：磁盘 文件 文件系统 内存等

Linux系统应用及企业案例分析：

1.系统故障修复

Linux再启动过程中 可能会出现故障 导致系统无法启动

我们可以应用单用户模式 grub命令进行操作 Linux救援模式解决问题

单用户模式：

1.root密码故障解决方案

2.硬盘扇区错乱解决方案

进入单用户模式：输入fsck -y /dev/sda5（发生错误的磁盘）

fsck 为文件系统修复命令 -y 为检测到错误要自动修复

修复完成后 重启

grub引导故障排除：

常见错误原因：grub配置文件选项设置错误 （先通过grub命令引导系统修复）

grub配置文件丢失 （Linux救援模式修复）

Linux救援模式：系统无法进入单用户模式 或者出现grub命令行

CPU管理优化：

CPU使用率低而负载高的原因：等待磁盘i/o完成的进程多，导致队列长度过大 但是CPU运行的进程却很少。

排查案例：

linux系统下的一个网站系统，用户反映，网站访问速度很慢，有时无法访问。

第一步要做的是检测网络，可以通过ping命令检查网站的域名解析是否正常，同时，ping服务器地址的延时是否过大等等

第二步，对linux系统的内存使用状况进行检查，因为网站响应速度慢，一般跟内存关联比较大，通过free、vmstat等命令判断内存资源是否紧缺

第三步，检查系统CPU的负载状况，可以通过sar、vmstat、top等命令的输出综合判断CPU是否存在过载问题

第四步，检查系统的磁盘I/O是否存在瓶颈，可以通过iostat、vmstat等命令检查磁盘的读写性能

如果磁盘读写也没有问题，linux系统自身的性能问题基本排除，最后要做的是检查程序本身是否存在问题。

SQL操作比较慢请问有哪些原因：

1.首先排查服务自身是否由于ORM框架导致的问题

2.再次排查网络是否通畅，是否存在丢包延迟等情况（网络相关命令）

3.确定业务服务正常无CPU 飙高或者FGC等情况

4.确定Mysql服务端是否已经满负荷运行

5.确定当时的场景是否存在高并发写入或者读

6.确定sql对应的表数据，sql本身是否存在导致慢的因素，比如数据量大，sql没有索

引，查全部数据等

CPU Load很高你怎么排查：

原因：

由于CPU是程序计算单元，因此涉及到的长时间高频率计算都有可能

定位方法及解决办法：

1、使用top命令查看是哪个PID进程消耗了CPU资源，其执行用户是否可疑

2、使用"lsof -p PID"命令来查询该PID开启了哪些进程

3、分析第二步中的可疑进程，比如有没有在执行一些奇怪的shell脚本，有没有开启特殊端口

4、使用"lsof -i :port"查看被开启的特殊端口在干啥子

5、经过上面的步骤后基本已经可以找出这些可疑程序和脚本了，只需要删除即可恢复