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Linux 性能分析工具匯總

出于對(duì)Linux操作系統(tǒng)的興趣,以及對(duì)底層知識(shí)的強(qiáng)烈欲望,因此整理了這篇文章。本文也可以作為檢驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)的指標(biāo),另外文章涵蓋了一個(gè)系統(tǒng)的方方面面。如果沒有完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)知識(shí),網(wǎng)絡(luò)知識(shí)和操作系統(tǒng)知識(shí),文檔中的工具,是不可能完全掌握的,另外對(duì)系統(tǒng)性能分析和優(yōu)化是一個(gè)長(zhǎng)期的系列。

本文檔主要是結(jié)合Linux 大牛,Netflix 高級(jí)性能架構(gòu)師 Brendan Gregg 更新 Linux 性能調(diào)優(yōu)工具的博文,搜集Linux系統(tǒng)性能優(yōu)化相關(guān)文章整理后的一篇綜合性文章,主要是結(jié)合博文對(duì)涉及到的原理和性能測(cè)試的工具展開說明。

背景知識(shí):具備背景知識(shí)是分析性能問題時(shí)需要了解的。比如硬件 cache;再比如操作系統(tǒng)內(nèi)核。應(yīng)用程序的行為細(xì)節(jié)往往是和這些東西互相牽扯的,這些底層的東西會(huì)以意想不到的方式影響應(yīng)用程序的性能,比如某些程序無(wú)法充分利用 cache,從而導(dǎo)致性能下降。比如不必要地調(diào)用過多的系統(tǒng)調(diào)用,造成頻繁的內(nèi)核 / 用戶切換等。

性能分析工具

首先來看一張圖:

Linux 性能分析工具匯總
上圖是Brendan Gregg 的一次性能分析的分享,這里面的所有工具都可以通過?man?來獲得它的幫助文檔,下面簡(jiǎn)單介紹介紹一下常規(guī)的用法:

vmstat--虛擬內(nèi)存統(tǒng)計(jì)

vmstat(VirtualMeomoryStatistics,虛擬內(nèi)存統(tǒng)計(jì))是 Linux 中監(jiān)控內(nèi)存的常用工具,可對(duì)操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存、進(jìn)程、CPU 等的整體情況進(jìn)行監(jiān)視。vmstat 的常規(guī)用法:vmstat interval times?即每隔?interval?秒采樣一次,共采樣?times?次,如果省略?times,則一直采集數(shù)據(jù),直到用戶手動(dòng)停止為止。簡(jiǎn)單舉個(gè)例子:

Linux 性能分析工具匯總

可以使用?ctrl+c?停止?vmstat?采集數(shù)據(jù)。

第一行顯示了系統(tǒng)自啟動(dòng)以來的平均值,第二行開始顯示現(xiàn)在正在發(fā)生的情況,接下來的行會(huì)顯示每5秒間隔發(fā)生了什么,每一列的含義在頭部,如下所示:

  • procs:r 這一列顯示了多少進(jìn)程在等待cpu,b列顯示多少進(jìn)程正在不可中斷的休眠(等待IO)。
  • memory:swapd 列顯示了多少塊被換出了磁盤(頁(yè)面交換),剩下的列顯示了多少塊是空閑的(未被使用),多少塊正在被用作緩沖區(qū),以及多少正在被用作操作系統(tǒng)的緩存。
  • swap:顯示交換活動(dòng):每秒有多少塊正在被換入(從磁盤)和換出(到磁盤)。
  • io:顯示了多少塊從塊設(shè)備讀取(bi)和寫出(bo),通常反映了硬盤I/O。
  • system:顯示每秒中斷(in)和上下文切換(cs)的數(shù)量。
  • cpu:顯示所有的cpu時(shí)間花費(fèi)在各類操作的百分比,包括執(zhí)行用戶代碼(非內(nèi)核),執(zhí)行系統(tǒng)代碼(內(nèi)核),空閑以及等待IO。

內(nèi)存不足的表現(xiàn):free ?memory 急劇減少,回收 buffer 和 cache 也無(wú)濟(jì)于事,大量使用交換分區(qū)(swpd),頁(yè)面交換(swap)頻繁,讀寫磁盤數(shù)量(io)增多,缺頁(yè)中斷(in)增多,上下文切換(cs)次數(shù)增多,等待IO的進(jìn)程數(shù)(b)增多,大量CPU時(shí)間用于等待IO(wa)

iostat--用于報(bào)告中央處理器統(tǒng)計(jì)信息

iostat 用于報(bào)告中央處理器(CPU)統(tǒng)計(jì)信息和整個(gè)系統(tǒng)、適配器、tty 設(shè)備、磁盤和 CD-ROM 的輸入/輸出統(tǒng)計(jì)信息,默認(rèn)顯示了與 vmstat 相同的 cpu 使用信息,使用以下命令顯示擴(kuò)展的設(shè)備統(tǒng)計(jì):

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第一行顯示的是自系統(tǒng)啟動(dòng)以來的平均值,然后顯示增量的平均值,每個(gè)設(shè)備一行。

常見 linux 的磁盤 IO 指標(biāo)的縮寫習(xí)慣:rq 是 request,r 是 read,w 是 write,qu 是 queue,sz 是 size,a 是verage,tm 是 time,svc 是 service。

  • rrqm/s 和 wrqm/s:每秒合并的讀和寫請(qǐng)求,“合并的”意味著操作系統(tǒng)從隊(duì)列中拿出多個(gè)邏輯請(qǐng)求合并為一個(gè)請(qǐng)求到實(shí)際磁盤。
  • r/s和w/s:每秒發(fā)送到設(shè)備的讀和寫請(qǐng)求數(shù)。
  • rsec/s和wsec/s:每秒讀和寫的扇區(qū)數(shù)。
  • avgrq –sz:請(qǐng)求的扇區(qū)數(shù)。
  • avgqu –sz:在設(shè)備隊(duì)列中等待的請(qǐng)求數(shù)。
  • await:每個(gè)IO請(qǐng)求花費(fèi)的時(shí)間。
  • svctm:實(shí)際請(qǐng)求(服務(wù))時(shí)間。
  • %util:至少有一個(gè)活躍請(qǐng)求所占時(shí)間的百分比。

dstat--系統(tǒng)監(jiān)控工具

dstat 顯示了 cpu 使用情況,磁盤 io 情況,網(wǎng)絡(luò)發(fā)包情況和換頁(yè)情況,輸出是彩色的,可讀性較強(qiáng),相對(duì)于 vmstat 和iostat 的輸入更加詳細(xì)且較為直觀。在使用時(shí),直接輸入命令即可,當(dāng)然也可以使用特定參數(shù)。

如下:dstat –cdlmnpsy

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iotop--LINUX進(jìn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控工具

iotop命令是專門顯示硬盤IO的命令,界面風(fēng)格類似top命令,可以顯示IO負(fù)載具體是由哪個(gè)進(jìn)程產(chǎn)生的。是一個(gè)用來監(jiān)視磁盤I/O使用狀況的top類工具,具有與top相似的UI,其中包括PID、用戶、I/O、進(jìn)程等相關(guān)信息。

可以以非交互的方式使用:

iotop?–bod?interval

查看每個(gè)進(jìn)程的?I/O,可以使用

pidstat,pidstat?–d?instat

pidstat--監(jiān)控系統(tǒng)資源情況

pidstat 主要用于監(jiān)控全部或指定進(jìn)程占用系統(tǒng)資源的情況,如 CPU,內(nèi)存、設(shè)備 IO、任務(wù)切換、線程等。

使用方法:

pidstat?–d?interval

pidstat 還可以用以統(tǒng)計(jì)CPU使用信息:

pidstat?–u?interval

統(tǒng)計(jì)內(nèi)存信息:

pidstat?–r?interval

top

  • top 命令的匯總區(qū)域顯示了五個(gè)方面的系統(tǒng)性能信息:
  • 負(fù)載:時(shí)間,登陸用戶數(shù),系統(tǒng)平均負(fù)載;
  • 進(jìn)程:運(yùn)行,睡眠,停止,僵尸;
  • cpu:用戶態(tài),核心態(tài),NICE,空閑,等待IO,中斷等;
  • 內(nèi)存:總量,已用,空閑(系統(tǒng)角度),緩沖,緩存;
  • 交換分區(qū):總量,已用,空閑

任務(wù)區(qū)域默認(rèn)顯示:進(jìn)程 ID,有效用戶,進(jìn)程優(yōu)先級(jí),NICE 值,進(jìn)程使用的虛擬內(nèi)存,物理內(nèi)存和共享內(nèi)存,進(jìn)程狀態(tài),CPU 占用率,內(nèi)存占用率,累計(jì) CPU 時(shí)間,進(jìn)程命令行信息。

htop

htop 是 Linux 系統(tǒng)中的一個(gè)互動(dòng)的進(jìn)程查看器,一個(gè)文本模式的應(yīng)用程序(在控制臺(tái)或者X終端中),需要 ncurses。

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Htop 可讓用戶交互式操作,支持顏色主題,可橫向或縱向滾動(dòng)瀏覽進(jìn)程列表,并支持鼠標(biāo)操作。

與 top 相比,htop 有以下優(yōu)點(diǎn):

  • 可以橫向或者縱向滾動(dòng)瀏覽進(jìn)程列表,以便看到所有的進(jìn)程和完整的命令行。
  • 在啟動(dòng)上,比top更快。
  • 殺進(jìn)程時(shí)不需要輸入進(jìn)程號(hào)。
  • htop支持鼠標(biāo)操作。

mpstat

mpstat 是 Multiprocessor Statistics的縮寫,是實(shí)時(shí)系統(tǒng)監(jiān)控工具。其報(bào)告CPU的一些統(tǒng)計(jì)信息,這些信息存放在?/proc/stat?文件中。在多 CPUs 系統(tǒng)里,其不但能查看所有 CPU 的平均狀況信息,而且能夠查看特定 CPU 的信息。常見用法:

mpstat?–P?ALL?interval?times

netstat

netstat 用于顯示與 IP、TCP、UDP和 ICMP 協(xié)議相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),一般用于檢驗(yàn)本機(jī)各端口的網(wǎng)絡(luò)連接情況。

常見用法:

netstat?–npl???#?可以查看你要打開的端口是否已經(jīng)打開。

netstat?–rn????#?打印路由表信息。

netstat?–in????#?提供系統(tǒng)上的接口信息,打印每個(gè)接口的MTU,輸入分組數(shù),輸入錯(cuò)誤,輸出分組數(shù),輸出錯(cuò)誤,沖突以及當(dāng)前的輸出隊(duì)列的長(zhǎng)度。

ps--顯示當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)

ps 參數(shù)太多,具體使用方法可以參考?man ps

常用的方法:

ps??aux???????#hsserver

ps?–ef?|grep???#hundsun

殺掉某一程序的方法:

ps??aux?|?grep?mysqld?|?grep?–v?grep?|?awk?‘{print?$2?}’?xargs?kill?-9

殺掉僵尸進(jìn)程:

ps?–eal?|?awk?‘{if?($2?==?“Z”){print?$4}}’?|?xargs?kill?-9

strace

跟蹤程序執(zhí)行過程中產(chǎn)生的系統(tǒng)調(diào)用及接收到的信號(hào),幫助分析程序或命令執(zhí)行中遇到的異常情況。

舉例:查看 mysqld 在 linux 上加載哪種配置文件,可以通過運(yùn)行下面的命令:

strace?–e?stat64?mysqld?–print?–defaults?>?/dev/null

uptime

能夠打印系統(tǒng)總共運(yùn)行了多長(zhǎng)時(shí)間和系統(tǒng)的平均負(fù)載,uptime 命令最后輸出的三個(gè)數(shù)字的含義分別是 1分鐘,5分鐘,15分鐘內(nèi)系統(tǒng)的平均負(fù)荷。

lsof

lsof(list open files)是一個(gè)列出當(dāng)前系統(tǒng)打開文件的工具。通過 lsof 工具能夠查看這個(gè)列表對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)及排錯(cuò),常見的用法:

查看文件系統(tǒng)阻塞

lsof?/boot

查看端口號(hào)被哪個(gè)進(jìn)程占用

lsof??-i?:?3306

查看用戶打開哪些文件

lsof?–u?username

查看進(jìn)程打開哪些文件

lsof?–p??4838

查看遠(yuǎn)程已打開的網(wǎng)絡(luò)鏈接

lsof?–i?@192.168.34.128

perf

perf 是 Linux kernel 自帶的系統(tǒng)性能優(yōu)化工具。優(yōu)勢(shì)在于與 Linux Kernel 的緊密結(jié)合,它可以最先應(yīng)用到加入 Kernel 的new feature,用于查看熱點(diǎn)函數(shù),查看 cashe miss 的比率,從而幫助開發(fā)者來優(yōu)化程序性能。

性能調(diào)優(yōu)工具如 perf,Oprofile 等的基本原理都是對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行采樣,最簡(jiǎn)單的情形是根據(jù) tick 中斷進(jìn)行采樣,即在 tick 中斷內(nèi)觸發(fā)采樣點(diǎn),在采樣點(diǎn)里判斷程序當(dāng)時(shí)的上下文。

假如一個(gè)程序 90% 的時(shí)間都花費(fèi)在函數(shù) foo() 上,那么 90% 的采樣點(diǎn)都應(yīng)該落在函數(shù) foo() 的上下文中。運(yùn)氣不可捉摸,但我想只要采樣頻率足夠高,采樣時(shí)間足夠長(zhǎng),那么以上推論就比較可靠。因此,通過 tick 觸發(fā)采樣,我們便可以了解程序中哪些地方最耗時(shí)間,從而重點(diǎn)分析。

匯總

結(jié)合以上常用的性能測(cè)試命令并聯(lián)系文初的性能分析工具的圖,就可以初步了解到性能分析過程中哪個(gè)方面的性能使用哪方面的工具(命令)。

常用的性能測(cè)試工具

熟練并精通了第二部分的性能分析命令工具,引入幾個(gè)性能測(cè)試的工具,介紹之前先簡(jiǎn)單了解幾個(gè)性能測(cè)試工具:

  • perf_events:一款隨 Linux 內(nèi)核代碼一同發(fā)布和維護(hù)的性能診斷工具,由內(nèi)核社區(qū)維護(hù)和發(fā)展。Perf 不僅可以用于應(yīng)用程序的性能統(tǒng)計(jì)分析,也可以應(yīng)用于內(nèi)核代碼的性能統(tǒng)計(jì)和分析。
  • eBPF tools:一款使用 bcc 進(jìn)行的性能追蹤的工具,eBPF map可以使用定制的 eBPF 程序被廣泛應(yīng)用于內(nèi)核調(diào)優(yōu)方面,也可以讀取用戶級(jí)的異步代碼。重要的是這個(gè)外部的數(shù)據(jù)可以在用戶空間管理。這個(gè) k-v 格式的 map 數(shù)據(jù)體是通過在用戶空間調(diào)用 bpf 系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建、添加、刪除等操作管理的。
  • perf-tools:一款基于 perf_events (perf) 和 ftrace 的Linux性能分析調(diào)優(yōu)工具集。Perf-Tools 依賴庫(kù)少,使用簡(jiǎn)單。支持Linux 3.2 及以上內(nèi)核版本。
  • bcc(BPF Compiler Collection)::一款使用 eBP F的 perf 性能分析工具。一個(gè)用于創(chuàng)建高效的內(nèi)核跟蹤和操作程序的工具包,包括幾個(gè)有用的工具和示例。利用擴(kuò)展的BPF(伯克利數(shù)據(jù)包過濾器),正式稱為eBPF,一個(gè)新的功能,首先被添加到Linux 3.15。多用途需要Linux 4.1以上BCC。
  • ktap:一種新型的linux腳本動(dòng)態(tài)性能跟蹤工具。允許用戶跟蹤Linux內(nèi)核動(dòng)態(tài)。ktap是設(shè)計(jì)給具有互操作性,允許用戶調(diào)整操作的見解,排除故障和延長(zhǎng)內(nèi)核和應(yīng)用程序。它類似于Linux和Solaris DTrace SystemTap。
  • Flame Graphs:是一款使用 perf,system tap,ktap 可視化的圖形軟件,允許最頻繁的代碼路徑快速準(zhǔn)確地識(shí)別,可以是使用?github.com/brendangregg/flamegraph?中的開發(fā)源代碼的程序生成。

Linux observability tools | Linux 性能觀測(cè)工具

Linux 性能分析工具匯總
  • 首先學(xué)習(xí)的Basic Tool有如下:uptime、top(htop)、mpstat、isstat、vmstat、free、ping、nicstat、dstat。
  • 高級(jí)的命令如下:sar、netstat、pidstat、strace、tcpdump、blktrace、iotop、slabtop、sysctl、/proc。

Linux benchmarking tools | Linux 性能測(cè)評(píng)工具

Linux 性能分析工具匯總

是一款性能測(cè)評(píng)工具,對(duì)于不同模塊的性能測(cè)試可以使用相應(yīng)的工具,想要深入了解,可以參考最下文的附件文檔。

Linux tuning tools | Linux 性能調(diào)優(yōu)工具

Linux 性能分析工具匯總

是一款性能調(diào)優(yōu)工具,主要是從linux內(nèi)核源碼層進(jìn)行的調(diào)優(yōu),想要深入了解,可以參考下文附件文檔。

Linux observability sar | linux性能觀測(cè)工具

Linux 性能分析工具匯總

sar(System Activity Reporter系統(tǒng)活動(dòng)情況報(bào)告)是目前LINUX上最為全面的系統(tǒng)性能分析工具之一,可以從多方面對(duì)系統(tǒng)的活動(dòng)進(jìn)行報(bào)告,包括:文件的讀寫情況、系統(tǒng)調(diào)用的使用情況、磁盤I/O、CPU效率、內(nèi)存使用狀況、進(jìn)程活動(dòng)及IPC 有關(guān)的活動(dòng)等方面。sar 的常規(guī)使用方式:

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

其中:t 為采樣間隔,n 為采樣次數(shù),默認(rèn)值是1;-o file 表示將命令結(jié)果以二進(jìn)制格式存放在文件中,file 是文件名。options 為命令行選項(xiàng)

作者:董西孝

來源:https://rdc.hundsun.com/portal/article/731.html?ref=myread

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