Linux系統下的性能分析命令

在 Linux 系統下，有許多用于性能分析和調試的命令和工具，可以幫助您識別系統瓶頸、優化性能以及調查問題。本文將介紹在性能分析過程中，可能使用到的一些命令。

以下是一些常用的性能分析命令和工具匯總：

命令	功能簡述
`top`	用于實時監視系統中運行的進程和系統性能指標，如CPU使用率、內存使用率等。
`nmon`	一個性能監控工具，提供實時的系統性能數據，包括CPU、內存、磁盤、網絡等信息。
`lsof`	用于列出打開的文件和網絡連接，可以用于查找資源泄漏和不正常的連接。
`pidstat`	用于監視進程級別的CPU、內存、IO等性能數據。
`vmstat`	用于顯示系統的虛擬內存、進程、CPU活動和IO統計信息。
`iostat`	用于監視系統磁盤和IO性能，提供關于磁盤活動的信息。
`tcpdump`	用于抓取網絡數據包，對于網絡性能分析和故障排除非常有用。

1、top

top 命令是 Linux 系統下常用的性能分析工具，能夠實時顯示系統中各個進程的資源占用情況，如：CPU 使用率、內存使用率等。

1.1 語法

top [options]

常用選項：

-d 或 --delay: 指定刷新間隔，即 top 每隔多少秒更新一次，默認為 3 秒。
-n 或 --iterations: 指定刷新次數，即 top 更新數據的次數。
-u 或 --user: 僅顯示指定用戶的進程。
-p 或 --pid: 僅顯示指定進程 ID 的信息。
-H：顯示進程的層次關系，即顯示線程。

1.2 示例

以下是一個 top 命令的示例輸出：

top - 16:30:45 up 2 days,  5:37,  2 users,  load average: 0.15, 0.18, 0.20
Tasks: 186 total,   1 running, 185 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  1.5 us,  0.5 sy,  0.0 ni, 97.9 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.1 si,  0.0 st
KiB Mem : 16327936 total,  9359124 free,  2368572 used,  4600256 buff/cache
KiB Swap:  2097148 total,  2097148 free,        0 used. 13755352 avail Mem PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND2191 alice     20   0  169168  14164  10964 S   3.0  0.1   0:07.83 gnome-terminal-2811 bob       20   0 2067296 301100  78964 S   2.0  1.8  30:02.45 firefox1 root      20   0  191064   7780   4744 S   0.0  0.0   0:06.07 systemd...

在上述示例中，每行輸出信息分別為：

第一行：提供了系統的一般性信息。分別是系統當前時間、系統運行時間、當前登錄用戶數和負載平均值（load average，即：任務隊列的平均長度，3個值分別表示1分鐘、5分鐘、15分鐘到現在的平均值）。
第二行：任務（Tasks）信息。分別是總任務數，顯示了正在運行（running）、睡眠（sleeping）、停止（stopped）和僵尸（``zombie）狀態的進程數量。
第三行：CPU 統計信息。us 表示用戶空間 CPU 占有率、sy 表示內核空間 CPU 占用率、ni 表示用戶進程空間改變過優先級的進程 CPU 占有率、id 表示空閑 CPU 占用率、wa 表示等待輸入輸出的 CPU 時間百分比、hi 表示硬件中斷請求、si 表示軟件中斷請求。
第四行：內存信息。分別為物理內存總量、已使用的物理內存、空閑物理內存、內核緩沖使用量。
第五行：交換區信息。分別為交換區總量、空閑交換區大小、緩沖交換區大小。
…：進程列表。每一行表示一個進程的信息，包括進程 ID、用戶、CPU 使用率、內存使用率、進程狀態等。

請注意，top 命令的輸出會實時更新，您可以使用交互式命令來切換排序方式、改變顯示內容等。例如，按下 M 可以按內存使用率排序進程，按下 P 可以按 CPU 使用率排序進程。要退出 top，您可以按下 q 鍵。

2、nmon

nmon 是一個用于實時監視系統性能的命令行工具，最初由 IBM 的 Nigel Griffiths 開發。它提供了一種簡潔的方式來查看系統的CPU、內存、磁盤、網絡等性能指標，以及進程級別的信息。

nmon 具有交互式界面，可以顯示實時的性能數據，方便管理員和開發人員進行系統性能分析。

以下是 nmon 命令的一些常見用法和示例：

基本使用：

使用以下命令啟動 nmon：
```
nmon
```
這將啟動 nmon 交互式界面，顯示各種性能指標的實時數據。
指定刷新頻率：

您可以使用 -s 參數來指定刷新間隔，單位為秒。例如，以下命令將每隔2秒刷新一次數據：
```
nmon -s 2
```
保存數據到文件：

您可以使用 -f 參數將 nmon 的輸出保存到文件中，以便后續分析。例如，以下命令將數據保存到名為 nmon_output.nmon 的文件中：
```
nmon -f -c 10 -s 2 -T -m /path/to/nmon_output.nmon
```
在這個示例中，-c 10 表示 nmon 運行10個循環后自動退出，-T 表示在輸出中包含時間戳。
只顯示特定項目：

如果您只對特定性能指標感興趣，可以使用 -d 參數來指定要顯示的項目。例如，以下命令只顯示CPU和內存相關數據：
```
nmon -d cpu,mem
```
遠程監視：

您可以通過SSH在遠程系統上運行 nmon，然后將性能數據傳輸到本地進行分析。例如，以下命令在遠程系統上運行 nmon 并將數據傳輸到本地：
```
ssh user@remote_host "nmon -f -s 5 -c 10" > nmon_output.nmon
```

這些示例只是 nmon 的一小部分用法。nmon 還提供了許多其他選項和功能，可以根據您的需求進行調整和使用。要詳細了解 nmon 的所有選項和功能，請查閱官方文檔或運行 nmon 命令時使用 -h 參數查看幫助信息。

3、lsof

lsof（“List Open Files”）是一個用于列出在 Linux 系統上被進程打開的文件和網絡連接的命令。它可以幫助您查看哪些進程正在訪問哪些文件，以及網絡連接的相關信息。

lsof 可以用于排查資源泄漏、尋找進程占用文件等問題。

3.1 語法

以下是一些常用的 lsof 命令選項及其說明：

-i: 列出網絡連接。
-n: 不解析主機名和端口號。
-c <進程名>: 僅列出特定進程的信息。
-p <進程ID>: 列出指定進程的信息。
-u <用戶名>: 列出屬于特定用戶的信息。
-t: 僅顯示進程ID。
-F <格式>: 使用指定的格式輸出。

3.2 示例

以下是一些示例，演示了如何使用 lsof 命令：

列出所有打開的文件和網絡連接：
```
lsof
```
列出特定文件的打開者：
```
lsof /path/to/file
```
列出特定端口的網絡連接：
```
lsof -i :<port>
```
列出某個用戶打開的文件：
```
lsof -u <username>
```
列出特定進程的打開文件：
```
lsof -p <pid>
```
列出特定類型的文件（例如，TCP連接）：
```
lsof -i tcp
```
列出所有網絡連接，但不解析主機名和端口號：
```
lsof -ni
```
以機器可讀的格式輸出信息：
```
lsof -F json
```
列出所有正在使用某個設備的進程：
```
lsof /dev/sda1
```

請注意，lsof 命令提供了豐富的信息，包括文件描述符、文件類型、文件位置、打開方式、進程ID、用戶等等。您可以根據需要使用不同的選項來過濾和查看所需的信息。使用 man lsof 命令可以查看完整的命令文檔和詳細說明。

4、pidstat

pidstat 是一個用于監視進程級別性能統計的命令行工具，它可以提供有關CPU使用率、內存使用率、IO活動等信息。它是 sysstat 套件的一部分，需要安裝才能使用。

4.1 語法

以下是 pidstat 命令的常用選項：

-u: 顯示CPU使用率和統計信息。
-r: 顯示內存使用率和統計信息。
-d: 顯示磁盤IO統計信息。
-t: 顯示進程啟動時間。
-p <PID>: 指定要監視的特定進程ID。
-h: 顯示幫助信息。

4.2 示例

下面列舉了一些示例。

顯示進程的CPU使用率和統計信息：
```
pidstat -u 1
```
這將每秒顯示一次CPU使用率和統計信息，默認顯示所有進程的數據。可以通過添加 -p <PID> 選項指定特定的進程。
顯示進程的內存使用率和統計信息：
```
pidstat -r 1
```
類似于上面的示例，這將每秒顯示一次內存使用率和統計信息。
顯示進程的磁盤IO統計信息：
```
pidstat -d 1
```
這將每秒顯示一次磁盤IO統計信息，包括讀寫速率、讀寫次數等。
顯示特定進程的CPU使用率和統計信息：
```
pidstat -u -p <PID> 1
```
這將每秒顯示指定進程的CPU使用率和統計信息，其中 <PID> 是目標進程的進程ID。
顯示進程的啟動時間：
```
pidstat -t
```
這將顯示所有進程的啟動時間。

pidstat 可以幫助您深入了解特定進程的性能行為，從而進行性能調優、問題排查等工作。請注意，具體選項和輸出格式可能會因系統版本而異，您可以通過 man pidstat 查看完整的命令手冊以獲取更多信息。

5、vmstat

vmstat（Virtual Memory Statistics）是一個在 Linux 系統中常用的性能分析工具，它提供了關于系統虛擬內存、進程、CPU活動和IO的詳細統計信息。通過使用 vmstat，您可以實時監控系統的性能，并且可以快速識別出潛在的瓶頸和問題。

5.1 語法

vmstat [options] [delay [count]]

options: 用于指定一些特定的輸出選項。
delay: 兩次輸出之間的時間間隔（以秒為單位）。
count: 輸出次數限制。

5.2 示例

vmstat 5 3

這個示例命令會每隔5秒輸出一次統計數據，一共輸出3次。

輸出示例：

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs  us sy id wa st1  0      0 244304  67420 802252    0    0     0     4    3    4   1  1 97  1  00  0      0 243968  67420 802256    0    0     0     0 1159 2292   1  1 98  0  00  0      0 243636  67420 802256    0    0     0     0 1173 2261   1  1 98  0  0

在這個示例中，輸出的各個列給出了不同的統計信息，包括進程狀態、內存使用、交換空間使用、IO活動、系統活動以及CPU使用率等。通過觀察這些數據，您可以了解系統的性能情況并識別潛在的問題。

vmstat 輸出的列含義：

procs: 進程相關統計。 r: 正在運行的進程數、b: 等待運行的進程數。
memory: 內存相關統計。swpd: 虛擬內存使用量（以KB為單位）、free: 空閑內存（以KB為單位）、buff: 用作緩沖的內存（以KB為單位）、cache: 用作緩存的內存（以KB為單位）。
swap: 交換空間相關統計。si: 從磁盤讀入交換區的數據量（以KB為單位）、so: 向磁盤寫入交換區的數據量（以KB為單位）。
io: IO相關統計。bi: 每秒從塊設備讀入的塊數量（如硬盤）（以塊為單位）、bo: 每秒寫入塊設備的塊數量（以塊為單位）。
system: 系統相關統計。in: 每秒的中斷數、cs: 每秒上下文切換數。
cpu: CPU使用情況統計。%us: 用戶空間CPU使用率、%sy: 系統CPU使用率、%id: 空閑CPU百分比、%wa: 等待IO的CPU百分比、%st: 用于虛擬化的CPU時間百分比。

6、iostat

iostat 是一個在 Linux 系統中常用的命令，用于監視系統的磁盤和IO性能。它能夠提供關于磁盤活動、IO延遲和吞吐量等信息，對于識別磁盤性能瓶頸和調優非常有幫助。

請注意，iostat 命令需要安裝 sysstat 包才能使用。在大多數Linux發行版中，您可以使用包管理器來安裝 sysstat 包。

6.1 語法

iostat [options] [interval] [count]

選項解釋：

-c：顯示CPU統計信息。
-d：顯示磁盤統計信息。
-k：以千字節為單位顯示數據。
-m：以兆字節為單位顯示數據。
-x：顯示擴展統計信息，包括更多的磁盤和分區信息。

6.2 示例

iostat 命令的輸出包含了各個磁盤和分區的統計數據，以及系統的平均負載、CPU利用率、上下文切換等信息。以下是示例輸出的一部分：

Linux 5.4.0-81-generic (hostname)   08/13/2023  _x86_64_    (8 CPU)avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle7.13    0.00    1.45    0.46    0.00   90.96Device             tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
sda               2.14        18.60        19.84     123759     132016
sdb               0.06         0.28         0.00       1863          0

在這個示例中，avg-cpu 部分顯示了 CPU 利用率的統計信息，Device 部分顯示了每個磁盤設備的統計數據，包括傳輸速率和總的讀寫字節數。您可以根據輸出來評估系統的磁盤性能和負載情況。

顯示平均IO統計信息，每秒更新一次，共更新5次：
```
iostat
```
顯示詳細的磁盤IO統計信息，每秒更新一次，共更新3次：
```
iostat -d 1 3
```
以千字節為單位顯示數據，顯示CPU和磁盤統計信息，每秒更新一次，共更新4次：
```
iostat -k -c -d 1 4
```
顯示擴展的磁盤IO統計信息，每秒更新一次，共更新5次：
```
iostat -x 1 5
```

7、tcpdump

tcpdump 是一個在 Unix 系統上常用的網絡抓包工具，用于捕獲和分析網絡數據包。它能夠監聽網絡接口，捕獲經過該接口的數據包，并以可讀的格式顯示數據包的內容。

tcpdump 支持多種過濾選項，以便只捕獲感興趣的數據包。

以下是一些常用的 tcpdump 命令選項以及示例說明：

基本使用：
```
tcpdump
```
這將在默認網絡接口上捕獲所有的數據包。但是，通常情況下，您會希望使用其他選項來限制抓包的范圍。
指定網絡接口：
```
tcpdump -i eth0
```
通過 -i 選項指定要捕獲的網絡接口，這里是 eth0。
指定數據包數量：
```
tcpdump -c 10
```
使用 -c 選項可以指定捕獲的數據包數量，這里捕獲前 10 個數據包。
捕獲特定主機的數據包：
```
tcpdump host 192.168.1.100
```
使用 host 關鍵字可以捕獲特定主機的所有數據包。
捕獲特定端口的數據包：
```
tcpdump port 80
```
使用 port 關鍵字可以捕獲特定端口的數據包，這里是端口 80（HTTP）的數據包。
組合多個過濾條件：
```
tcpdump host 192.168.1.100 and port 22
```
可以使用邏輯運算符 and 來組合多個過濾條件，這里捕獲主機 192.168.1.100 上的端口 22（SSH）數據包。
保存抓包結果到文件：
```
tcpdump -w capture.pcap
```
使用 -w 選項可以將抓包結果保存到文件中，文件格式為 pcap。
讀取保存的抓包文件：
```
tcpdump -r capture.pcap
```
使用 -r 選項可以讀取保存的抓包文件并顯示其內容。
顯示詳細數據包信息：
```
tcpdump -v
```
使用 -v 選項可以顯示詳細的數據包信息。
顯示更詳細的數據包信息：