Linux 性能监控与故障排查：主要性能指标说明

Posted 2021-03-18 於清樂的碎碎念

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux 性能监控与故障排查：主要性能指标说明相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一台 Linux 服务器的四类指标如下：

CPU：使用率、平均负载（load average）
RAM：used | free | buffered/cached | avaliable
Disk：空闲容量大小、IO 状态
Network：网速、延迟、丢包率等

下面详细地说明各项系统参数的意义、它们的正常状态，以及出现异常时如何进行故障排查。

一、CPU 指标

1. CPU 使用率

CPU 使用率即 CPU 运行在非空闲状态的时间占比，它反应了 CPU 的繁忙程度。使用 top 命令我们可以得到如下信息：

%Cpu(s):  0.0 us,  2.3 sy,  0.0 ni, 97.7 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st

us(user)：表示 CPU 在用户态运行的时间百分比，通常用户态 CPU 高表示有应用程序比较繁忙。典型的用户态程序包括：数据库、Web 服务器等。
sy(sys)：表示 CPU 在内核态运行的时间百分比（不包括中断），通常内核态 CPU 越低越好，否则表示系统存在某些瓶颈。
ni(nice)：表示用 nice 修正进程优先级的用户态进程执行的 CPU 时间。nice 是一个进程优先级的修正值，如果进程通过它修改了优先级，则会单独统计 CPU 开销。
id(idle)：表示 CPU 处于空闲态的时间占比，此时，CPU 会执行一个特定的虚拟进程，名为 System Idle Process。
wa(iowait)：表示 CPU 在等待 I/O 操作完成所花费的时间，通常该指标越低越好，否则表示 I/O 存在瓶颈，需要用 iostat 等命令做进一步分析。
hi(hardirq)：表示 CPU 处理硬中断所花费的时间。硬中断是由外设硬件（如键盘控制器、硬件传感器等）发出的，需要有中断控制器参与，特点是快速执行。
si(softirq)：表示 CPU 处理软中断所花费的时间。软中断是由软件程序（如网络收发、定时调度等）发出的中断信号，特点是延迟执行。
st(steal)：表示 CPU 被其他虚拟机占用的时间，仅出现在多虚拟机场景。如果该指标过高，可以检查下宿主机或其他虚拟机是否异常。

2. 平均负载（Load Average）

top 命令的第一行输出如下：

top - 21:11:00 up 8 min,  0 users,  load average: 0.52, 0.58, 0.59

其中带有三个平均负载的值，它们的意思分别是** 1 分钟（load1）、5 分钟（load5）、15 分钟（load15）内系统的平均负载**。

平均负载（Load Average）是指单位时间内，系统处于 可运行状态（Running / Runnable） 和 不可中断态 的平均进程数，也就是 平均活跃进程数。

我们知道实际上一个 CPU 核只能跑一个进程，操作系统通过分时调度提供了多进程并行的假象。所以当平均负载（平均活跃进程数）不大于 CPU 逻辑核数时，系统可以正常运转。
如果平均负载超过了核数，那就说明有一部分进程正在活跃中，但是它却没有使用到 CPU（同一时间只能有 1 个进程在使用 CPU），这只可能有两个原因：

这部分进程在排队等待 CPU 空闲。
这部分 CPU 在进行 IO 操作。

不论是何种状况，都说明系统的负载过高了，需要考虑降负或者升级硬件。

理想状态下，系统满负荷工作，此时平均负载 = CPU 逻辑核数（4核8线程 CPU 有8个逻辑核）。但是，在实际生产系统中，不建议系统满负荷运行。通用的经验法则是：平均负载 <= 0.7 * CPU 逻辑核数。

当平均负载持续大于 0.7 * CPU 逻辑核数，就需要开始调查原因，防止系统恶化；
当平均负载持续大于 1.0 * CPU 逻辑核数，必须寻找解决办法，降低平均负载；
当平均负载持续大于 5.0 * CPU 逻辑核数，表明系统已出现严重问题，长时间未响应，或者接近死机。

我们一般更关注系统的长期稳定性，所以三个参数中应该重点观察 load15。

除了关注平均负载值本身，我们也应关注平均负载的变化趋势，这包含两层含义。一是 load1、load5、load15 之间的变化趋势；二是历史的变化趋势。

当 load1、load5、load15 三个值非常接近，表明短期内系统负载比较平稳。此时，应该将其与昨天或上周同时段的历史负载进行比对，观察是否有显著上升。
当 load1 远小于 load5 或 load15 时，表明系统最近 1 分钟的负载在降低，而过去 5 分钟或 15 分钟的平均负载却很高。
当 load1 远大于 load5 或 load15 时，表明系统负载在急剧升高，如果不是临时性抖动，而是持续升高，特别是当 load5 都已超过 0.7 * CPU 逻辑核数 时，应调查原因，降低系统负载。