CPU 实用监控工具盘点

悠悠 2022-09-14 03:14 356阅读 0赞

## 01. top ##

top是最常用的查看系统资源使用情况的工具，包括CPU、内存等等资源。

这里主要关注CPU资源。

### 1.1 /proc/loadavg ###

load average取自/proc/loadavg。

9.53 9.12 8.37 3/889 28165

前三个数字是1、5、15分钟内进程队列中平均进程数，包括正在运行的进程+准备好等待运行的进程。

第四个数字分子表示正在运行的进程数，分母是进程总数。

最后一个数字是最近运行的进程ID号。

其中top取的是/proc/loadavg的前三个数。

### 1.2 top使用 ###

打开top，可以指定更新的周期。

输入H，打开隐藏的线程；输入1，可以显示单核CPU使用情况。

top -H -b -d 1 -n 200 > top.txt，每个1秒统计一次，共200次，显示线程细节，并保存到top.txt中。

top采样来源你还依赖于/proc/stat和/proc//stat两个，这两个的详细介绍参考：/proc/stat\[1\]和/proc//stat\[2\]。

其中CPU信息对应的含义如下：

us：user，统计nice小于等于0的用户空间进程，也即优先级为100~120。
    ni：nice，统计nice大于0的用户空间进程，也即优先级为121~139。
    sys：system，统计内核态运行时间，不包括中断。
    id：idle，几系统处于空闲态。
    wa：iowait，统计io等待时间。
    hi：hardware interrupt，统计硬件中断时间。
    si：software interrupt，统计软中断时间。
    st：steal

![61a80dd4f9874ce35e08ec35a5674ac9.png][]

## 02. perf ##

《系统级性能分析工具perf的介绍与使用\[3\]》有关于perf使用的详细介绍，这里重点关注CPU占用率。

通过sudo perf top -s comm，可以查看当前系统运行进程占比。

这里不像top一样区分idle、system、user，这里的占比是各个进程在总运行时间里面占比。

通过sudo perf record记录采样信息，然后通过sudo perf report -s comm。

![12bced493c199b443d58f372b11b1cde.png][]

## 03. sar和ksar ##

sar是System Activity Report的意思，可以用于实时观察当前系统活动，也可以生成历史记录的报告。

要使用sar需要安装sudo apt install sysstat，然后对sysstat进行配置。

sar用于记录统计信息，ksar\[4\]用于将记录的信息图形化输出。

ksar下载地址在：https://github.com/vlsi/ksar/releases。

# 将 ENABLED=“false“ 改为ENABLED=“true“
    $ sudo gedit /etc/default/sysstat
    
    
    # 修改sar的周期等配置
    $ sudo gedit /etc/cron.d/sysstat
    
    
    # 重启sar服务
    $ sudo /etc/init.d/sysstat restart
    
    
    # sar log存放目录
    $ ls -l /var/log/sysstat/

使用sar记录开机到目前的统计信息到文件sar.txt。

LC_ALL=C sar -A > sar.txt

PS：这里直接使用sar -A，在ksar中无法正常显示。

如下执行java -jar ksar.jar，然后Data->Load from text file...选择保存的sar.txt文件。

得到如下的图表。

![ea9d8619de903c571a8ba3f095be9610.png][]

还可以通过sar记录一段时间的信息，指定采样周期和采样次数。

这些命令前加上LC\_ALL=C之后保存到文件中，都可以在ksar中图形化显示。

sar 1 100-----------------所有cpu合一的统计信息
    sar -P ALL 1 100--------包括cpu合一以及单个cpu的统计信息
    sar -B 1 100---------------paging统计信息
    sar -b 1 100---------------块设备IO统计信息
    sar -d 1 100---------------块设备活动统计信息
    sar -F 1 100----------------挂载的文件系统统计信息
    sar -r ALL------------------ 显示详细的内存使用统计信息
    sar -S ------------------------显示swap空间使用情况统计信息
    sar -w----------------------- 显示进程创建以及进程切换统计信息
    sar -W-----------------------显示swap换入换出统计信息。

更详细请参考

•《How To Create sar Graphs With kSar To Identifying Linux Bottlenecks\[5\]》

•《Collect and report Linux System Activity Information with sar\[6\]》。

## 04. mpstat ##

mpstat是Multiprocessor Statistics。当没有参数时，mpstat显示系统系统以来所有信息平均值。

常见用法如下，-P ALL监控所有CPU，细节显示特定CPU；10表示每10秒监控一次；20表示监控20次。

$ mpstat -P ALL 10 20

结果如下：

![85af4492f72d9f0b32886e8af096bd16.png][]

usr表示用户空间进程，nice表示nice值大于0的用户空间进程。

sys是内核空间，iowait是I/O等待时间，irq是硬中断，soft是软中断，idle是空闲时间，guest和gnice都是虚拟机时间。

## 05. uptime ##

uptime是一个简单获取系统总共运行多长时间，以及最近1分钟、5分钟、15分钟的平均负载。

uptime通过/proc/uptime和/proc/loadavg获取相关信息。

up前是当前系统时间，up后是系统运行时长。

load average后是1分钟、5分钟、15分钟平均负载。

11:15:41 up 82 days, 20:34,  8 users,  load average: 0.28, 0.40, 0.43

## 06. vmstat ##

vmstat主要用于监控系统内存使用情况的工具，但是也包含一些CPU相关信息。

使用方法vmstat 5 5表示运行5次，每次5秒。结果如下：

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 472576 228688 559092 1061756    0    0     9    39    1    0  8  4 87  0  0
     1  0 472576 228184 559100 1061756    0    0     0    13 1532 3395 10  6 84  0  0
     1  0 472576 229308 559100 1061616    0    0     0     0 1446 3449 10  5 85  0  0
     0  0 472576 229592 559108 1061616    0    0     0     6 1419 3474 10  5 85  0  0
     1  0 472576 229804 559108 1061616    0    0     0     0 1446 3439 10  5 85  0  0

上面的参数可以分为6大部分：进程、内存、swap、io、中断和进程切换、cpu。

![15e7891506939e53bd89324a5b7d0357.png][]

更加详细的解释：

![011755c5e844575b3b36f0cb2983d2b8.png][]

参考文档：《Linux Performance Measurements using vmstat\[7\]》

## 07. pidstat ##

pidstat主要用于监控全部或指定进程占用系统资源的情况。

### 7.1 查看CPU使用情况 ###

pidstat首次运行时显示自系统启动开始的各项统计信息，之后运行pidstat将显示自上次运行该命令以后的统计信息。用户可以通过指定统计的次数和时间来获得所需的统计信息。

# 显示所有的进程统计信息，包括idle进程。
    pidstat -p ALL
    
    
    # 更加详细的显示了线程统计信息。
    pidstat -p ALL -t
    
    
    # 周期采样和采样次数
    pidstat [option] interval [count]

除此之外还可以通过-p获取指定进程的统计信息。

pidstat还可以通过-r获取内存使用统计信息，通过-d获取IO使用统计信息。

### 7.2 查看内存使用情况 ###

pidstat -p ALL -r结果如下：

15时18分21秒   UID       PID  minflt/s  majflt/s     VSZ     RSS   %MEM  Command
    15时18分21秒     0         1      0.02      0.00  185316    3028   0.08  systemd
    15时18分21秒     0         2      0.00      0.00       0       0   0.00  kthreadd
    15时18分21秒     0         4      0.00      0.00       0       0   0.00  kworker/0:0H
    15时18分21秒     0         6      0.00      0.00       0       0   0.00  mm_percpu_wq
    15时18分21秒     0         7      0.00      0.00       0       0   0.00  ksoftirqd/0
    15时18分21秒     0         8      0.00      0.00       0       0   0.00  rcu_sched

minflt/s: 每秒次缺页错误次数(minor page faults)，次缺页错误次数意即虚拟内存地址映射成物理内存地址产生的page fault次数。

majflt/s: 每秒主缺页错误次数(major page faults)，当虚拟内存地址映射成物理内存地址时，相应的page在swap中，这样的page fault为major page fault，一般在内存使用紧张时产生。

VSZ: 该进程使用的虚拟内存(以kB为单位)。

RSS: 该进程使用的物理内存(以kB为单位)。

%MEM: 该进程使用内存的百分比。

Command: 拉起进程对应的命令。

### 7.3 查看磁盘使用情况 ###

pidstat -p ALL -d结果如下：

15时20分40秒   UID       PID   kB_rd/s   kB_wr/s kB_ccwr/s iodelay  Command
    15时20分40秒     0         1     -1.00     -1.00     -1.00 243523129  systemd
    15时20分40秒     0         2     -1.00     -1.00     -1.00       0  kthreadd
    15时20分40秒     0         4     -1.00     -1.00     -1.00       0  kworker/0:0H
    15时20分40秒     0         6     -1.00     -1.00     -1.00       0  mm_percpu_wq
    15时20分40秒     0         7     -1.00     -1.00     -1.00 714512328679  ksoftirqd/0
    15时20分40秒     0         8     -1.00     -1.00     -1.00 417757303594  rcu_sched

kB\_rd/s: 每秒进程从磁盘读取的数据量(以kB为单位)。

kB\_wr/s: 每秒进程向磁盘写的数据量(以kB为单位)。

kB\_ccwr/s：每秒进程被取消向磁盘写的数据量(以kB为单位)。

Command:：拉起进程对应的命令。

## 08. time ##

time命令可以被用于统计指定程序的CPU耗时。

比如time cksum nomachine\_6.0.80\_1.exe得到如下结果。

2401940638 32606752 nomachine_6.0.80_1.exe
    
    
    # 整个操作总耗时,0.263-0.094-0.011=0.158是IO等待耗时。
    real    0m0.263s
    
    
    # 用户态耗时
    user    0m0.094s
    
    
    # 内核态耗时
    sys    0m0.011s
    2401940638 32606752 nomachine_6.0.80_1.exe
    
    
    # 第二次执行就可以看出等待IO操作的时间基本上没有了。
    real    0m0.098s
    user    0m0.097s
    sys    0m0.000s

## 09. cpustat ##

通过sudo apt install cpustat安装，cpustat -T -D -x结果如下。

# 显示Load Avg信息和平均频率等
    Load Avg 0.66 0.54 0.49, Freq Avg. 1.46 GHz, 4 CPUs online
    # 进程切换次数、硬中断、软中断等等统计信息。
    # CPU占用率、用户空间和内核空间占用率等。
    3791.1 Ctxt/s, 1709.9 IRQ/s, 1800.0 softIRQ/s, 0.0 new tasks/s, 1 running, 0 blocked
      %CPU   %USR   %SYS   PID S  CPU   Time Task
     25.74  25.74   0.00 11435 R    3  2.29w /usr/bin/python3
     15.84  15.84   0.00  9445 S    0  1.49w /usr/lib/xorg/Xorg
     10.89   9.90   0.99  2722 S    1  1.05w compiz
      7.92   0.00   7.92 32352 S    2 16.60s [kworker/2:1]
      0.99   0.00   0.99 32397 R    1  0.01s cpustat
      0.99   0.99   0.00 11046 S    2 16.20h compiz
      0.99   0.99   0.00  1317 S    0  8.76h /usr/NX/bin/nxnode.bin
      0.99   0.00   0.99 10293 S    1  1.24m [kworker/1:2]
     64.36  53.47  10.89 Total
    
    
    Load Avg 0.66 0.54 0.49, Freq Avg. 1.75 GHz, 4 CPUs online
    2834.8 Ctxt/s, 1190.9 IRQ/s, 1183.3 softIRQ/s, 0.0 new tasks/s, 4 running, 0 blocked
      %CPU   %USR   %SYS   PID S  CPU   Time Task
     25.76  25.76   0.00 11435 R    3  2.29w /usr/bin/python3
     18.18  18.18   0.00  9445 S    0  1.49w /usr/lib/xorg/Xorg
      7.58   7.58   0.00  2722 S    1  1.05w compiz
      6.06   0.00   6.06 32352 S    2 16.64s [kworker/2:1]
      1.52   0.00   1.52 32397 R    1  0.02s cpustat
      1.52   0.00   1.52     8 S    0  3.00h [rcu_sched]
      1.52   0.00   1.52 18409 S    0  1.16m update-notifier
     62.12  51.52  10.61 Total
    
    
    Distribution of CPU utilisation (per Task):
    % CPU Utilisation   Count   (%)
      0.00 -   1.97       706  98.88
      1.97 -   3.94         0   0.00
      3.94 -   5.91         0   0.00
      5.91 -   7.88         2   0.28
      7.88 -   9.85         0   0.00
      9.85 -  11.82         0   0.00
     11.82 -  13.79         1   0.14
     13.79 -  15.76         0   0.00
     15.76 -  17.73         1   0.14
     17.73 -  19.70         1   0.14
     19.70 -  21.67         0   0.00
     21.67 -  23.64         0   0.00
     23.64 -  25.61         2   0.28
     25.61 -  27.57         0   0.00
     27.58 -  29.54         0   0.00
     29.55 -  31.51         0   0.00
     31.52 -  33.48         0   0.00
     33.48 -  35.45         0   0.00
     35.45 -  37.42         0   0.00
     37.42 -  39.39         1   0.14
    
    
    Distribution of CPU utilisation (per CPU):----------------------------------------------各CPU占用率，分用户空间和内核空间。
     CPU#   USR%   SYS%
        0  17.37   1.20
        1   8.98   2.40
        2   0.60   7.19
        3  25.75   0.00

## 10. htop ##

htop和top的功能类似，但是可读性比top更好。在界面按下F5，可以看到进程里面的线程，树形结构表示了父子关系。

![247a728f2daef1bf3fceec0ca1f87ab5.png][]

## 11. atop ##

atop是一个监控系统资源和进程的工具。它通过CPU使用率来对列表中的进程进行降序排列，而每一个进程则包含了CPU、内存、磁盘和网络状态等信息。它的功能与top和htop类似。

![093e3d216f49c31915569807daff1d11.png][]

## 12. glances ##

glances是一个由python编写的，与Nmon功能类似的报告工具，它能够报告统计cpu、内存、网络、磁盘和进程。除了报告统计，glances不支持任何其他特性或功能。当程序运行时点击“h”可以显示帮助页面。

![28e704cd644caa79a2e05fa5384fdf79.png][]

## 13. nmon ##

Nmon是一个非常容易使用，能够在一个屏幕上监视CPU、内存、网络、磁盘使用状况和进程列表的工具。除了无法管理进程和修改报告显示，Nmon与那些只用于报告的报告工具完全一样。另外，它可以将数据保存到电子表格文件。

![e3e25874f1a227cf66c08a167b107ba3.png][]

## 13. pcp-gui ##

Performance Co-Pilot，简称PCP，是一个系统性能和分析框架。它从多个主机整理数据并实时的分析，帮你识别不正常的表现模式。它也提供API让你设计自己的监控和报告解决方案。

安装pcp相关工具。

$ sudo apt install pcp pcp-gui

File->Open View选择需要打开的视图，比如CPU、Disk、Memory等。

![fc7da106e6d3687f16194edd30c6a9f6.png][]

## 14. collectl和colplot ##

### 14.1 collectl使用 ###

collectl是一款非常优秀并且有着丰富的命令行功能的实用程序，你可以用它来采集描述当前系统状态的性能数据。

不同于大多数其它的系统监控工具，collectl 并非仅局限于有限的系统度量，相反，它可以收集许多不同类型系统资源的相关信息，如 cpu 、disk、memory 、network 、sockets 、 tcp 、inodes 、infiniband 、 lustre 、memory、nfs、processes、quadrics、slabs和buddyinfo等。

同时collectl还可以替代常用工具，比如top、vmstat、ps、iotop等。

安装collectl：

sudo apt-get install collectl

collectl的使用很简单，默认collectl显示cpu、磁盘、网络信息。

![5c774f03fcf4e2cca1ef6d6b5ed94454.png][]

collectl还可以显示更多的子系统信息，如果选项存在对应的大写选项，大写选项表示更细节的设备统计信息。

b – buddy info (内存碎片)
    c – 所有CPU的合一统计信息；C - 单个CPU的统计信息。
    d – 整个文件系统Disk合一统计信息；C - 单个磁盘的统计信息。
    f – NFS V3 Data
    i – Inode and File System
    j – 显示每个CPU的Interrupts触发情况；J - 显示每个中断详细触发情况。
    l – Lustre
    m – 显示整个系统Memory使用情况；M - 按node显示内存使用情况。
    n – 显示整个系统的Networks使用情况；N - 分网卡显示网络使用情况。
    s – Sockets
    t – TCP
    x – Interconnect
    y – 对系统所有Slabs (系统对象缓存)使用统计信息；Y - 每个slab使用的详细信息。

collectl --all显示所有子系统的统计信息，包括cpu、终端、内存、磁盘、网络、TCP、socket、文件系统、NFS。

![170b06c969ece9733efee7cf3affe457.png][]

collectl --top可以代替top命令：

![f089ea22b879bcc38f8620403beae35e.png][]

collectl --vmstat可以代替vmstat命令：

![533d579ddda0901234ab4fa940153dfd.png][]

collectl -c1 -sZ -i:1可以代替ps命令。

collectl和一些处理分析数据工具(比如colmux、colgui、colplot)结合能提供可视化图形。

### 14.2 colplot使用 ###

colplot是collectl工具集的一部分，其将collectl收集的数据在浏览器中图形化展示。

colplot的介绍(http://collectl-utils.sourceforge.net/colplot.html)，相关源码可以再collectl-utils\]下载：https://sourceforge.net/projects/collectl-utils/files/

解压下载的colplot之后，sudo ./INSTALL安装colplot。

安装之后重启apache服务：

$suod systemctl reload apache2
    
    
    $ sudo systemctl restart apache2

在浏览器中输入http://127.0.0.1/colplot/，即可使用colplot。

通过Change Dir选择存放经过collectl -P保存的数据，然后设置Plot细节、显示那些子系统、plot大小等等。

![fc99f33213cdae26a8b9894d581712d6.png][]

最后Generate Plot查看结果。

![3d8f28551c28340d6ab228c183af3b57.png][]

参考文档：《Collectl: Linux 性能监控的全能冠军\[8\]》、

《Collectl Documentation\[9\]》、《Collectl Examples - An Awesome Performance Analysis Tool in Linux\[10\]》

### References ###

`[1]` /proc/stat: *https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/9187775.html\#system\_proc\_stat*  
`[2]` /proc//stat: *https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/9187775.html\#process\_proc\_stat*  
`[3]` 系统级性能分析工具perf的介绍与使用: *https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/6241297.html*  
`[4]` ksar: *https://sourceforge.net/projects/ksar/*  
`[5]` How To Create sar Graphs With kSar To Identifying Linux Bottlenecks: *https://www.cyberciti.biz/tips/identifying-linux-bottlenecks-sar-graphs-with-ksar.html*  
`[6]` Collect and report Linux System Activity Information with sar: *https://www.thomas-krenn.com/en/wiki/Collect\_and\_report\_Linux\_System\_Activity\_Information\_with\_sar*  
`[7]` Linux Performance Measurements using vmstat: *https://www.thomas-krenn.com/en/wiki/Linux\_Performance\_Measurements\_using\_vmstat*  
`[8]` Collectl: Linux 性能监控的全能冠军: *https://linux.cn/article-3154-1.html*  
`[9]` Collectl Documentation: *http://collectl.sourceforge.net/Documentation.html*  
`[10]` Collectl Examples - An Awesome Performance Analysis Tool in Linux: *https://linoxide.com/monitoring-2/collectl-tool-install-examples/*

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