使用Top进行设备性能分析思路

Top命令

像windows一样，linux也有一个“进程管理”，可以在命令行执行 top ，就可以整体的查看当前机器的资源及进程情况。

在性能问题中，Top是使用较多的一个命令，一般用它可以从整体上了解系统的CPU、内存、IO情况，快速从全局上来找到问题爆发点。 

输出内容解释

Top是实时性的监控命令，会实时显示当前操作系统的整体性能情况，输出内容包扩两部分：全局资源信息和进程信息。

全局信息

这里的信息包括：

top （整体状态）

• 系统时间：19:27:01
• 运行时间：up 54 min,
• 当前登录用户：  1 user
• 负载均衡(uptime)  load average: 0.02, 0.03, 0.08

 average后面的三个数分别是1分钟、5分钟、15分钟的负载情况。

load average数据是每隔5秒钟检查一次活跃的进程数，然后按特定算法计算出的数值。如果这个数除以逻辑CPU的数量，结果高于5的时候就表明系统在超负荷运转了

注：可以通过cat /proc/cpuinfo 查看服务器CPU详细信息

Tasks （进程情况）

• total：进程总数
• runing：在运行状态进程数
• sleeping：睡眠进程数量
• stopped：死亡进程数量

%CPU （CPU情况）

• 0.0 us【user space】— 用户空间占用CPU的百分比。
• 0.1 sy【sysctl】— 内核空间占用CPU的百分比。
• 0.0 ni  改变过优先级的进程占用CPU的百分比
• 99.9 id【idolt】— 空闲CPU百分比
• 0.0 wa【wait】— IO等待占用CPU的百分比
• 0.0 hi【Hardware IRQ】— 硬中断占用CPU的百分比
• 0.0 si【Software Interrupts】— 软中断占用CPU的百分比

KiB Mem （内存情况）

• total 内存总大小
• free 空闲大小
• used 已用大小
• buff/cache 用于缓冲区的大小

KiB Swap （交换区）

• total 系统配置的总交换空间大小，以千字节（KiB）为单位。这包括了所有交换分区和交换文件的总和。
• used 已经被系统使用的交换空间大小，以千字节（KiB）为单位。这表示当前有多少数据被交换到了硬盘上。
• free 尚未被使用的交换空间大小，以千字节（KiB）为单位。这表示还剩下多少交换空间可以被系统使用

具体进程信息

通常使用 -p参数指定具体进程，锁定具体进程的信息

top -p [PID] 

PID — 进程id
USER — 进程所有者
PR — 进程优先级
NI — nice值。负值表示高优先级，正值表示低优先级
VIRT — 进程使用的虚拟内存总量，单位kb。VIRT=SWAP+RES
RES — 进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位kb。RES=CODE+DATA
SHR — 共享内存大小，单位kb
S —进程状态。D=不可中断的睡眠状态 R=运行 S=睡眠 T=跟踪/停止 Z=僵尸进程
%CPU — 上次更新到现在的CPU时间占用百分比
%MEM — 进程使用的物理内存百分比
TIME+ — 进程使用的CPU时间总计，单位1/100秒
COMMAND — 进程名称（命令名/命令行） 

性能分析思路

性能分析的核心最终都会聚焦在CPU、内存、磁盘IO，而出现性能问题，CPU、内存、磁盘IO也是最先显现的。所以top的综合性优势就在于可以快速发现上述三个维度出现问题的点（CPU飙高、内存溢出、IO瓶颈），再带着具体维度问题根据具体的进程信息锁定进程，最终定位到应用甚至代码问题。 

CPU使用分析

关于CPU的使用，可以直接通过top输出中的%CPU进行。针对CPU的参数项，常见以下几种情况：

1. 高 us: 如果 us 持续很高，可能意味着用户空间的进程非常繁忙，这可能导致系统响应变慢。

2. 高 sy: 如果 sy 持续很高，可能意味着系统空间的进程（如内核线程）非常繁忙，这可能表明系统正在处理大量的系统调用或内核任务。

内存使用分析

为了更好的进行内存分析之前，需要先搞清除swap和buffer/cache的原理

buffer/Cache缓冲区

• 缓冲区（Buffer）:

  缓冲区主要用于存储即将写入磁盘的数据。当应用程序写数据到磁盘时，数据首先被写入到缓冲区，然后操作系统会在合适的时机将缓冲区的数据刷新到磁盘上。这可以减少对磁盘的直接 I/O 操作次数，从而提高性能。

• 缓存（Cache）:

  缓存用于存储最近或频繁访问的数据。操作系统会将文件系统的数据、目录结构等信息缓存到内存中，这样当应用程序再次访问这些数据时，可以直接从内存中读取，而不需要重新从磁盘读取，从而加快访问速度。

buffer和cache多用在系统文件读取、网络通信、系统服务；

当应用程序读取或写入文件时，操作系统会使用缓冲区和缓存来暂存数据，减少磁盘 I/O 操作。

网络堆栈可能会使用缓冲区来暂存即将发送或接收的数据包，以提高网络通信的效率。

系统服务和守护进程可能会使用缓存来存储配置信息、状态信息等，以便快速访问。

swap

当系统物理内存吃紧时，Linux会将内存中不常访问的数据保存到swap上。当然从用户的角度来看就相当于内存变大了。但在内部其实是将一段物理磁盘即swap分区充当Wie内存来使用。当系统需要访问swap上存储的内容时，再将swap上的数据加载到内存中，所以就有换入和换出两个过程。

换出，就是把进程暂时不用的内存数据存储到磁盘中，并释放这些数据占用的内存。
换入，则是在进程再次访问这些内存的时候，把它们从磁盘读到内存中来。

Swap 看似把系统的可用内存变大了，但其实本质是虚拟内存，真实的读取速度并没有上升，更多的是为了保证内存的稳定和可用空间，因为数据在swap中，仍旧需求读取磁盘，而且，过分使用Swap，当Swap使用完，操作系统会触发OOM-Killer机制，把消耗内存最多的进程kill掉以释放内存

综上，对于使用top进行内存性能排查，主要有以下几种场景说明内存存在问题：

• 高 used 低free: 如果 used 值非常高，接近 total 值，而free 值非常低，表示系统内存使用接近饱和，且没有足够的空闲内存供新进程使用，可能需要更多的内存或优化内存使用。

• 当 buff/cache 占用较高时，可能意味着系统正在进行大量的数据读写操作，在没有其他异常时，可以考虑转向IO读取瓶颈。
• 当 buff/cache 占用过低，可能意味着系统没有充分利用内存来提高性能。
• 当 swap的free和total接近，则需要考虑是否系统的内存出现了问题

Linux 内核会动态管理 buff/cache 大小。当系统内存不足时，内核可以回收部分缓存用于其他目的。如果系统内存不足，内核可能会通过回收缓存来释放内存，这可能会导致性能下降，因为更多的数据需要从磁盘读取。

IO分析

在top的结果中，关于IO问题，需要在意的参数主要在%CPU，主要是IO与CPU的资源竞争。

高 wa: 如果 wa 持续很高，可能意味着系统正在等待 I/O 操作，这可能是磁盘 I/O 瓶颈的迹象。

详细的io分析可参考：iostat分析磁盘性能

根据进程定位具体代码

可参考：Linux上定位Java错误代码