抓住 Linux 黄金 60 秒

如果你的服务器突然负载暴增,告警短信快发爆你的手机,如何在最短时间内找出问题所在?来看Netflix性能工程团队的这篇博文,看它们通过十条命令在一分钟内对机器问题进行诊断。

概述

通过执行以下命令,可以在1分钟内对资源使用情况有个大致的了解。

  • uptime
  • | 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,也就是所谓的USE方法。

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

$uptime
23:51:26up21:31,1user,loadaverage:30.02,26.43,19.02

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。

上面例子中的输出,可以看见最近1分钟的平均负载非常高,且远高于最近15分钟负载,因此我们需要继续排查当前系统中有什么进程消耗了大量的资源。可以通过下文将会介绍的vmstat、mpstat等命令进一步排查。

dmesg丨tail

$dmesg|tail
[1880957.563150]perlinvokedoom-killer:gfp_mask=0x280da,order=0,oom_score_adj=0
[...]
[1880957.563400]Outofmemory:Killprocess18694(perl)score246orsacrificechild
[1880957.563408]Killedprocess18694(perl)total-vm:1972392kB,anon-rss:1953348kB,file-rss:0kB
[2320864.954447]TCP:PossibleSYNfloodingonport7001.Droppingrequest.CheckSNMPcounters.

该命令会输出系统日志的最后10行。示例中的输出,可以看见一次内核的oom kill和一次TCP丢包。这些日志可以帮助排查性能问题。千万不要忘了这一步。

vmstat 1

$vmstat1
procs---------memory-------------swap-------io-----system--------cpu-----
rbswpdfreebuffcachesisobiboincsussyidwast
3400200889792737085918280005610961300
320020088992073708591860000592132844282981100
320020089011273708591860000095012154991000
32002008895687371259185600048119002459990000
3200200890208737125918600000158984840981100

vmstat(8) 命令,每行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,表头提示了每一列的含义,这几介绍一些和性能调优相关的列:

  • 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)。

上述这些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。

示例命令的输出可以看见,大量CPU时间消耗在用户态,也就是用户应用程序消耗了CPU时间。这不一定是性能问题,需要结合r队列,一起分析。

mpstat-P ALL 1

$mpstat-PALL1
Linux3.13.0-49-generic(titanclusters-xxxxx)07/14/2015_x86_64_(32CPU)
07:38:49PMCPU%usr%nice%sys%iowait%irq%soft%steal%guest%gnice%idle
07:38:50PMall98.470.000.750.000.000.000.000.000.000.78
07:38:50PM096.040.002.970.000.000.000.000.000.000.99
07:38:50PM197.000.001.000.000.000.000.000.000.002.00
07:38:50PM298.000.001.000.000.000.000.000.000.001.00
07:38:50PM396.970.000.000.000.000.000.000.000.003.03
[...]

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

$pidstat1
Linux3.13.0-49-generic(titanclusters-xxxxx)07/14/2015_x86_64_(32CPU)
07:41:02PMUIDPID%usr%system%guest%CPUCPUCommand
07:41:03PM090.000.940.000.941rcuos/0
07:41:03PM042145.665.660.0011.3215mesos-slave
07:41:03PM043540.940.940.001.898java
07:41:03PM065211596.231.890.001598.1127java
07:41:03PM065641571.707.550.001579.2528java
07:41:03PM60004601540.944.720.005.669pidstat
07:41:03PMUIDPID%usr%system%guest%CPUCPUCommand
07:41:04PM042146.002.000.008.0015mesos-slave
07:41:04PM065211590.001.000.001591.0027java07:41:04PM065641573.0010.000.001583.0028java
07:41:04PM10867181.000.000.001.000snmp-pass
07:41:04PM60004601541.004.000.005.009pidstat

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。如上的输出,可以看见两个JAVA进程占用了将近1600%的CPU时间,既消耗了大约16个CPU核心的运算资源。

iostat-xz 1

$iostat-xz1
Linux3.13.0-49-generic(titanclusters-xxxxx)07/14/2015_x86_64_(32CPU)
avg-cpu:%user%nice%system%iowait%steal%idle
73.960.003.730.030.0622.21
Device:rrqm/swrqm/sr/sw/srkB/swkB/savgrq-szavgqu-szawaitr_awaitw_awaitsvctm%util
xvda0.000.230.210.184.522.0834.370.009.9813.805.422.440.09
xvdb0.010.001.028.94127.97598.53145.790.000.431.780.280.250.25
xvdc0.010.001.028.86127.79595.94146.500.000.451.820.300.270.26
dm-00.000.000.692.3210.4731.6928.010.013.230.713.980.130.04
dm-10.000.000.000.940.013.788.000.33345.840.04346.810.010.00
dm-20.000.000.090.071.350.3622.500.002.550.235.621.780.03
[...]

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
  • 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(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、写等策略提升应用性能。

free -m

$free-m
totalusedfreesharedbufferscached
Mem:245998245452214538359541
-/+buffers/cache:23944222053
Swap:000

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-nDEV1
Linux3.13.0-49-generic(titanclusters-xxxxx)07/14/2015_x86_64_(32CPU)
12:16:48AMIFACErxpck/stxpck/srxkB/stxkB/srxcmp/stxcmp/srxmcst/s%ifutil
12:16:49AMeth018763.005032.0020686.42478.300.000.000.000.00
12:16:49AMlo14.0014.001.361..000.000.000.00
12:16:49AMdocker00.000.000.000.000.000.000.000.00
12:16:49AMIFACErxpck/stxpck/srxkB/stxkB/srxcmp/stxcmp/srxmcst/s%ifutil
12:16:50AMeth019763.005101.0021999.10482.560.000.000.000.00
12:16:50AMlo20.0020.003.253.250.000.000.000.00
12:16:50AMdocker00.000.000.000.000.000.000.000.00

sar命令在这里可以查看设备的吞吐率。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。如示例输出中,eth0网卡设备,吞吐率大概在22 Mbytes/s,既176 Mbits/sec,没有达到1Gbit/sec的硬件上限。

sar -n TCP,ETCP 1

$sar-nTCP,ETCP1
Linux3.13.0-49-generic(titanclusters-xxxxx)07/14/2015_x86_64_(32CPU)
12:17:19AMactive/spassive/siseg/soseg/s
12:17:20AM1.000.0010233.0018846.00
12:17:19AMatmptf/sestres/sretrans/sisegerr/sorsts/s
12:17:20AM0.000.000.000.000.00
12:17:20AMactive/spassive/siseg/soseg/s
12:17:21AM1.000.008359.006039.00
12:17:20AMatmptf/sestres/sretrans/sisegerr/sorsts/s
12:17:21AM0.000.000.000.000.00

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
top-00:15:40up21:56,1user,loadaverage:31.09,29.87,29.92
Tasks:871total,1running,868sleeping,0stopped,2zombie
%Cpu(s):96.8us,0.4sy,0.0ni,2.7id,0.1wa,0.0hi,0.0si,0.0st
KiBMem:25190241+total,24921688used,22698073+free,60448buffers
KiBSwap:0total,0used,0free.554208cachedMem
PIDUSERPRNIVIRTRESSHRS%CPU%MEMTIME+COMMAND
20248root2000.227t0.012t18748S30905.229812:58java
4213root20027225446464044232S23.50.0233:35.37mesos-slave
66128titancl+2002434423321172R1.00.00:00.07top
5235root20038.227g54700449996S0.70.22:02.74java
4299root20020.015g2.682g16836S0.31.133:14.42java1root2003362029201496S0.00.00:03.82init
2root200000S0.00.00:00.02kthreadd
3root200000S0.00.00:05.35ksoftirqd/0
5root0-20000S0.00.00:00.00kworker/0:0H
6root200000S0.00.00:06.94kworker/u256:0
8root200000S0.00.02:38.05rcu_sched

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。

总结

排查Linux服务器性能问题还有很多工具,上面介绍的一些命令,可以帮助我们快速的定位问题。例如前面的示例输出,多个证据证明有JAVA进程占用了大量CPU资源,之后的性能调优就可以针对应用程序进行。

链接:https://www.infoq.cn/news/2015/12/linux-performance/

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运维笔记

ChatGPT火了,网络安全行业未来将发生哪些变化?

2023-10-10 18:32:19

运维笔记

肝了这么多夜,总结一下:Linux各项指标监控及问题排查

2023-10-10 18:32:21

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