vmstat是一个查看虚拟内存使用状况的工具。是相比于top，可以看到整个机器的CPU,内存,IO的使用情况，而不是单单看到各个进程的CPU使用率和内存使用率(使用场景不一样)
一. 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)。
二. vmstat详解
- 用法
一般vmstat工具的使用通过两个数字参数来完成，第一个参数指采样的时间间隔数，单位是秒，第二个参数是采样的次数：
# vmstat 2 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
1 0 0 2204340 2076 871160 0 0 1 1 50 7 0 0 99 0 0
- 2：表示每隔2秒采集一次服务器状态
- 1：表示只采集1次
如果需要在一段时间一直监控，不指定采集次数就行了：
# vmstat 2 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
1 0 0 2198572 2076 871208 0 0 1 1 52 9 0 0 99 0 0
0 0 0 2198572 2076 871208 0 0 0 0 885 911 1 0 99 0 0
0 0 0 2198572 2076 871208 0 0 0 0 902 926 0 0 99 0 0
0 0 0 2198572 2076 871208 0 0 0 0 1025 1063 1 1 99 0 0
0 0 0 2198572 2076 871208 0 0 0 15 863 912 0 0 99 0 0
0 0 0 2198572 2076 871208 0 0 0 10 824 897 1 0 99 0 0
0 0 0 2198572 2076 871208 0 0 0 0 816 878 1 1 99 0 0
0 0 0 2198572 2076 871208 0 0 0 0 807 879 0 1 99 0 0
- 参数详解
1）procs（进程）：- r：运行队列中进程数量（就是说多少个进程真正分配到了cpu），当这个值超过了cpu数目（长期大于1），就会出现cpu瓶颈
- b：表示阻塞的进程
2）memory（内存）： - swpd：使用虚拟内存大小，如果大于0，表示你的机器物理内存不足了，如果不是程序内存泄露的原因，那么你该升级内存了或者把耗内存的任务迁移到其他机器
- free：空闲的物理内存大小
- buff：用来给目录做缓冲，目录内容，权限等
- cache ：用来给打开的文件做缓冲
注意：如果cache的值大的时候，说明cache处的文件数多，如果频繁访问的文件都被cache，那么磁盘的读IO会非常小
3）swap（交换区）： - si：每秒从磁盘读入虚拟内存的大小，如果这个值大于0，表示物理内存不够用或内存泄漏，需要查找消耗内存进程解决
- so：每秒虚拟内存写入磁盘的大小，如果值大于0，同上
4）io： - bi：块设备每秒接收的块数量。这里的块设备是指系统上所有的磁盘和其他块设备，默认块大小是1024byte
- bo：块设备每秒发送的块数量，例如我们读取文件，bo就要大于0。bi和bo一般都要接近0，不然就是IO过于频繁，需要调整
5）system： - in：每秒cpu的中断次数，包括时间中断
- cs：每秒上下午切换次数。例如我们调用系统函数，就要进行上下文切换，线程的切换，也要进程上下文切换，这个值要越小越好，太大了，要考虑调低线程或者进程的数目,例如在apache和nginx这种web服务器中，我们一般做性能测试时会进行几千并发甚至几万并发的测试，选择web服务器的进程可以由进程或者线程的峰值一直下调，压测，直到cs到一个比较小的值，这个进程和线程数就是比较合适的值了。系统调用也是，每次调用系统函数，我们的代码就会进入内核空间，导致上下文切换，这个是很耗资源，也要尽量避免频繁调用系统函数。上下文切换次数过多表示你的CPU大部分浪费在上下文切换，导致CPU干正经事的时间少了，CPU没有充分利用，是不可取的。
注意：上面两个值越大，说明内核消耗的cpu时间越大
6）cpu： - us：用户进程执行时间百分比(user time)。us的值比较高时，说明用户进程消耗的CPU时间多，但是如果长期超50%的使用，那么我们就该考虑优化程序算法或者进行加速
- sy：内核系统进程执行时间百分比。sy的值高时，说明系统内核消耗的CPU资源多，这并不是良性表现，我们应该检查原因。
- id：空闲时间百分比，一般来说us+sy+id=100
- wa：IO等待时间百分比。wa的值高时，说明IO等待比较严重，这可能由于磁盘大量作随机访问造成，也有可能磁盘出现瓶颈（块操作）。
三. vmstat使用
- 通过vmstat识别CPU瓶颈
Linux下查看CPU核心数的命令：cat /proc/cpuinfo|grep processor|wc -l
r（运行队列）展示了正在执行和等待CPU资源的任务个数。当这个值超过了CPU数目，就会出现CPU瓶颈了。解决方法大体几种：- 最简单的就是增加CPU个数和核数
- 通过调整任务执行时间，如大任务放到系统不繁忙的情况下进行执行，进尔平衡系统任务
- 调整已有任务的优先级
- 通过vmstat识别CPU满负荷
首先需要声明一点的是，vmstat中CPU的度量是百分比的。当us＋sy的值接近100的时候，表示CPU正在接近满负荷工作。但要注意的是，CPU 满负荷工作并不能说明什么，Linux总是试图要CPU尽可能的繁忙，使得任务的吞吐量最大化。唯一能够确定CPU瓶颈的还是r（运行队列）的值。
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