【性能监控】虚拟内存监控命令vmstat详解

一、Vmstat说明

　　vmstat是Virtual Meomory Statistics（虚拟内存统计）的缩写，可对操作系统的虚拟内存、进程、CPU活动进行监控。vmstat 工具提供了一种低开销的系统性能观察方式。因为 vmstat 本身就是低开销工具，在非常高负荷的服务器上，你需要查看并监控系统的健康情况,在控制窗口还是能够使用vmstat 输出结果。在此之前，我们需要先了解下Linux系统的物理内存和虚拟内存的概念。

二、物理内存和虚拟内存

　　一般来说，物理内存的读写速度比磁盘的快很多，当然希望所有的数据读写都在物理内存中进行，但是内存是有限的，这样就引出了虚拟内存的概念。

　　而物理内存是系统硬件提供的内存大小，是真正的内存。相对于物理内存，在Linux中为了满足物理内存不足提出了虚拟内存的概念，它是利用磁盘空间虚拟出的一块逻辑内存，用作虚拟内存的磁盘空间称为交换空间，也就是我们常说的Swap Space。

　　作为物理内存的扩展，Linux会在物理内存不足时，使用交换区的虚拟内存，更详细的说，就是内核会将暂时不用的内存块信息写到交换空间，这样以来，物理内存得到了释放，这块内存就可以用于其它目的，当需要用到原始的内容时，这些信息会被重新从交换空间读入物理内存。

　　linux的内存管理采取的是分页存取机制，为了保证物理内存能得到充分的利用，内核会在适当的时候将物理内存中不经常使用的数据块自动交换到虚拟内存中，而将经常使用的信息保留到物理内存。

　　要深入了解linux内存运行机制，需要知道下面提到的几个方面：

　　首先，Linux系统会不时的进行页面交换操作，以保持尽可能多的空闲物理内存，即使并没有什么事情需要内存，Linux也会交换出暂时不用的内存页面。这可以避免等待交换所需的时间。

　　其次，linux进行页面交换是有条件的，不是所有页面在不用时都交换到虚拟内存，linux内核根据”最近最经常使用“算法，仅仅将一些不经常使用的页面文件交换到虚拟内存，有时我们会看到这么一个现象：linux物理内存还有很多，但是交换空间也使用了很多。其实，这并不奇怪，例如，一个占用很大内存的进程运行时，需要耗费很多内存资源，此时就会有一些不常用页面文件被交换到虚拟内存中，但后来这个占用很多内存资源的进程结束并释放了很多内存时，刚才被交换出去的页面文件并不会自动的交换进物理内存，除非有这个必要，那么此刻系统物理内存就会空闲很多，同时交换空间也在被使用，就出现了刚才所说的现象了。关于这点，不用担心什么，只要知道是怎么一回事就可以了。

　　最后，交换空间的页面在使用时会首先被交换到物理内存，如果此时没有足够的物理内存来容纳这些页面，它们又会被马上交换出去，如此以来，虚拟内存中可能没有足够空间来存储这些交换页面，最终会导致linux出现假死机、服务异常等问题，linux虽然可以在一段时间内自行恢复，但是恢复后的系统已经基本不可用了。

因此，合理规划和设计linux内存的使用，是非常重要的。

三、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)。

四、vmstat命令详解

vmstat –S M 1

显示参数详解：

r 　　表示运行队列(就是说多少个进程真的分配到CPU)，这个一般需要结合CPU的核数来看，如果这个数超过了你的cpu个数，那说明的你的服务器状态很危险，cpu很繁忙;

b 　　表示阻塞的进程;

swpd 虚拟内存已使用的大小，结合swap参数中的si与so看，如果si与so大于0，表示机器物理内存不足;

free   空闲的物理内存的大小;

buff   用作缓冲的物理内存;

cache 用作缓存的物理内存；(这里是Linux/Unix的聪明之处，把空闲的物理内存的一部分拿来做文件和目录的缓存，是为了提高 程序执行的性能，当程序使用内存时，buffer/cached会很快地被使用。)

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者内存泄露了，要查找耗内存进程解决掉;

so  　　每秒虚拟内存写入磁盘的大小，如果这个值大于0，同上;

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;

in 　　每秒CPU的中断次数，包括时间中断;

cs 　　每秒上下文切换次数;

us 　　用户CPU时间;

sy 　　系统CPU时间;

id  　　空闲 CPU时间;

wt 　　等待IO CPU时间;