Утилита vmstat служит для определения производительности системы. Наиболее эффективным средством для оценки необходимого объема ресурсов является команда vmstat, которая предоставляет информацию о загруженности процессора, интенсивности операций дискового ввода-вывода и использовании оперативной памяти. Если вы укажете в команде vmstat довольно большой период сбора информации, например, 10 секунд, то выполнение этой команды не потребует много процессорного времени.

Ключи запуска vmstat

• -S unit size k:1000 K:1024 m:1000000 M:1048576 (default is K)

Выдавать информацию о состоянии системы каждые 10 секунд, количество запросов 3 (если не указано - выводить бесконечно).

# vmstat 10 3
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  18616 8160120 329144 5773240    0    0     8    58    0    2  5 10 81  4  0	
 1  0  18616 8159608 329152 5773372    0    0     0   312 6485 2252  3  8 87  3  0	
 1  0  18616 8159932 329164 5773464    0    0     0   323 6703 1760  3  8 87  2  0	

Первый отчет команды vmstat содержит информацию, накопленную с момента загрузки системы до вызова команды vmstat. В каждом следующем наборе выдается информация, собранная за предшествующий интервал времени (в данном случае - за 10 секунд).

• Если сумма значений в полях us и sy (соответственно пользователь и система) в разделе ресурсов cpu в каком-либо интервале превышает 90%, то нагрузка на ЦП в этом интервале была близка к предельной.
• Сокращения si и so означают количество операций загрузки и выгрузки страниц из области подкачки (swap). Если эти операции выполнялись, то объем оперативной памяти недостаточно, стоит задуматься об увеличении.
• Если значение в колонке wa (ожидающие операции ввода-вывода) отлично от нуля (в то время как значения в колонках si и so нулевые), то это означает, что некоторая часть времени уходит на ожидание операций ввода-вывода, поэтому производительность некоторых процессов в системе ограничена ресурсами устройств ввода-вывода.

Для получения информации о работе процессора удобнее использовать команду vmstat, а не iostat мониторинг использования дисковых разделов в Linux, так как ее построчный вывод проще анализировать, а в случае, когда к системе подключено много дисков, ее вывод намного менее объемный.

Оптимальной является ситуация, когда процессор работает 100 процентов времени. Это условие всегда выполняется в однопользовательской системе, если в ней нет конкуренции за процессор. В общем случае, если суммарное время us + sy меньше 90 процентов, то считается, что производительность однопользовательской системы не ограничена ресурсами CPU. Однако если значение us + sy в многопользовательской системе превышает 80 процентов, то некоторые процессы часть времени находятся в состоянии ожидания. Это может отрицательно сказаться на времени ответа и скорости работы приложений.

В столбцах procs указывается следующее:

• r. Среднее количество процессов, которые каждую секунду находятся в очереди выполнения(т.е. стоят в очереди на выполнение процессором). В это количество не входят процессы, находящиеся в режимах ожидания различных событий (как то , ввод с терминала, дисковый и сетевой ввод-вывод и т.п.). Усредненное значение этой величины называется Load Average и его можно видеть в выводе команд top и uptime. Высокое значение r(Load Average) говорит о том, что системе потенциально не хватает производительности. Для всех систем, за исключением SMP, оно должно быть меньше пяти. В системах SMP это число должно быть не меньше следующего значения:

  5 x (Ntotal - Nbind)

  Здесь Ntotal - это общее число процессоров, а Nbind - это число процессоров, которые связаны с определенными процессами, например. Если это значение быстро растет, то проверьте правильность работы приложений. Некоторые системы могут нормально работать, даже если в очереди выполнения находится от 10 до 15 нитей, поскольку все зависит от назначения нитей и времени их выполнения.

• b. Количество процессов в очереди ожидания, заблокированных на операциях дискового ввода-вывода, которые требуют завершения. В этой очереди находятся нити, ожидающие освобождения ресурса или выполнения операции ввода-вывода. Кроме того, в эту очередь помещаются нити, ожидающие загрузки одной из своих страниц в оперативную память. Обычно это значение близко к нулю. Однако если число нитей в очереди выполнения увеличивается, то, как правило, длина очереди ожидания также увеличивается. Если в течение одной секунды одновременно было активировано несколько нитей, то длина очереди выполнения может быть довольно большой. При этом показатель использования процессора может быть довольно низким, если эти нити были сразу же приостановлены. Если процессы в системе приостанавливаются из-за перегрузки памяти, то прирост нитей отражает именно значение в столбце b отчета vmstat, а не число нитей в очереди выполнения.

В столбцах memory указывается следующее:

• free. Значение отражает среднее число свободных страниц памяти. Страницей называется блок физической памяти размером 4 Кб.

В столбцах swap указывается следующее:

• si. Количество памяти выгруженной в области подкачки (Как посмотреть информацию о swap? Создание SWAP раздела).
• so. Количество памяти загруженной из области подкачки (Как посмотреть информацию о swap? Создание SWAP раздела).

В столбцах io указывается следующее:

• bi. Количество блоков информации прочитанных с жестких дисков в секунду (blocks/s).
• bo. Количество блоков информации записанных на жесткие диски в секунду (blocks/s).

В столбцах system указывается следующее:

• in. Число прерываний, поступавших от устройств каждую секунду в течение интервала сбора информации.
• cs. Число переключений контекста, выполнявшихся каждую секунду в течение интервала сбора информации. Все время работы процессора разделяется на логические кванты времени по 10 миллисекунд. Любая нить выполняется до тех пор, пока не истечет квант времени, пока она не будет замещена нитью с более высоким приоритетом, либо пока она добровольно не передаст управление другой нити. Когда управление передается другой нити, контекст, или рабочая среда, предыдущей нити сохраняется, а вместо него загружается контекст текущей нити. В операционной системе предусмотрена очень эффективная процедура переключения контекста, поэтому на переключение контекста тратится лишь незначительная часть ресурсов. Однако при значительном росте числа переключений контекста, например, когда значение cs становится намного больше скорости дискового ввода-вывода и скорости передачи пакетов по сети, необходимо дополнительно проанализировать ситуацию.

В столбцах cpu указывается следующее:

• us. В столбце us указывается, какая доля времени ЦП (в процентах) была затрачена на работу в пользовательском режиме. Процессы UNIX могут выполняться в пользовательском или системном режиме (режиме ядра). При работе в пользовательском режиме процесс выполняется в рамках приложения. Ему не требуются ресурсы ядра для выполнения вычислений, управления памятью и настройки переменных.
• sy. В столбце sy указывается, какая доля времени процессора была затрачена на выполнение процессов в системном режиме. Это значение отражает ресурсы ЦП, которые были затрачены на выполнение процессов ядра и других процессов, использующих ресурсы ядра. Для получения доступа к ресурсам ядра процесс отправляет системный вызов, в результате чего он переключается в системный режим. Например, при выполнении операции чтения или записи данных в файл ресурсы ядра применяются для открытия файла, смещения указателя в нужную позицию и последующего чтения или записи данных (если файл еще не загружен в оперативную память).
• id. В столбце id указывается, какую долю времени (в процентах) процессор простаивал, не ожидая завершения локальной операции дискового ввода-вывода. Если ни одна нить не готова к работе (очередь выполнения пуста), то система запускает специальный процесс wait. В системе SMP нить wait может быть запущена на каждом процессоре. В отчете команды Использование ps для мониторинга процессов (запущенной с опцией -k или -g 0) этот процесс указывается как kproc или wait. В однопроцессорной системе ИД этого процесса (PID) обычно равен 516. В системах SMP процесс kproc будет указан для каждого процессора в отдельности. Если в отчете ps указано, что на эту нить в целом затрачивается много времени, то это означает, что существуют большие промежутки времени, в течение которых ни одна нить не готова к работе и не ожидает запуска. Следовательно, система преимущественно простаивает, ожидая появления новых задач. Если нет ожидающих операций ввода-вывода на локальный диск, то все время, указанное как время ожидания, задает время простоя.
• wa. В столбце wa указывается доля времени, в течение которого процессор простаивал, ожидая завершения операции ввода-вывода на локальный диск. Если во время выполнения процесса wait в системе есть хотя бы один процесс, ожидающий выполнения ввода-вывода, то это время рассматривается как время ожидания завершения операции ввода-вывода. За исключением случаев, когда операции ввода-вывода выполняются асинхронно с процессом, процесс блокируется на время выполнения запросов на обмен данными с диском. После выполнения запроса на ввод-вывод процесс снова помещается в очередь выполнения. Чем быстрее выполняется обмен данными с диском, тем больше времени CPU будет тратиться на выполнение процессов. Если значение wa больше 25 процентов, то можно сделать вывод, что дисковая подсистема плохо сбалансирована, либо в системе выполняется очень много дисковых операций ввода-вывода. Если бы диски могли работать быстрее (wa маленький) то и выполнение процессов ускорилось бы также.
• st. Steal Time время, «украденное» гипервизором у этой виртуальной машины для других задач (например работа другой виртуальной машины.

Команда, вызванная с опцией -s, записывает в стандартный поток вывода итоговый отчет, который содержит суммарные значения показателей использования памяти, подсчитанные за все время, прошедшее с момента инициализации системы. Эту команду рекомендуется вызывать дважды: до запуска оцениваемой рабочей схемы и после выполнения этой рабочей схемы. Дальше нужно оценить разницу между значениями, полученными в двух отчетах команды.

# vmstat -s
     16466952  total memory
      8285512  used memory
      5892652  active memory
      1866492  inactive memory
      8181440  free memory
       328016  buffer memory
      5760296  swap cache
     33554428  total swap
        18616  used swap
     33535812  free swap
     40500144 non-nice user cpu ticks
        24099 nice user cpu ticks
     73358814 system cpu ticks
    621996375 idle cpu ticks
     27013089 IO-wait cpu ticks
         3765 IRQ cpu ticks
      2669106 softirq cpu ticks
            0 stolen cpu ticks
     62505600 pages paged in
    440512908 pages paged out
        40447 pages swapped in
        49665 pages swapped out
   2101180370 interrupts
   1341529089 CPU context switches
   1328433299 boot time
      1574891 forks