UNIX系統(tǒng)性能監(jiān)控簡(jiǎn)述及shell實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源利用率統(tǒng)計(jì)程

UNIX系統(tǒng)性能監(jiān)控簡(jiǎn)述及shell實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源利用率統(tǒng)計(jì)程序

論文摘要：本文簡(jiǎn)要闡述了unix系統(tǒng)中（主要以IBM的AIX為例）進(jìn)行系統(tǒng)性能管理的幾種命令行工具，并通過(guò)編寫(xiě)shell實(shí)例程序，運(yùn)用其中提到的工具實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源利用率的統(tǒng)計(jì)程序，為做好unix系統(tǒng)管理和調(diào)優(yōu)提供參考。

　　1.引言

　　Unix系統(tǒng)中性能優(yōu)化以及確定系統(tǒng)中的性能瓶頸是系統(tǒng)管理員的主要任務(wù)之一。在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)和網(wǎng)絡(luò)是影響系統(tǒng)性能的主要因素，因此系統(tǒng)性能的監(jiān)控以及調(diào)整也主要在于如何在這些資源中獲得某種平衡，以滿足人們對(duì)系統(tǒng)性能的期望。

　　IBM小型機(jī)RS6000在企業(yè)應(yīng)用中被廣泛采用，其上的AIX操作系統(tǒng)如同其它UNIX系統(tǒng)一樣，給系統(tǒng)管理員監(jiān)控系統(tǒng)提供了非常豐富的手段。這里就以AIX系統(tǒng)中的幾個(gè)監(jiān)控工具為例，利用shell程序及定時(shí)作業(yè)程序cron及強(qiáng)大的awk工具，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)資源利用率，可以每天統(tǒng)計(jì)內(nèi)存的日均使用率、CPU的每日峰值、CPU的日均使用率，并使每月統(tǒng)計(jì)量根據(jù)月中每日數(shù)據(jù)平均得出，每月1號(hào)凌晨產(chǎn)生上月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，這樣就可給系統(tǒng)管理員了解系統(tǒng)運(yùn)行資源的率用率提供很好的參考。其中提到的系統(tǒng)工具Vmstat、svmon、awk等都很強(qiáng)大，限于篇幅不作非常詳細(xì)的介紹，如想更透徹地了解這些命令的用法，請(qǐng)參考有關(guān)技術(shù)資料或手冊(cè)。

　　2.AIX中的性能監(jiān)控工具

　　一個(gè)系統(tǒng)要為用戶提供持續(xù)高可用性的服務(wù)，不僅僅只要求它能夠正常運(yùn)行，而且還要使其性能處于最佳狀態(tài)。系統(tǒng)管理員的職責(zé)之一就是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能統(tǒng)計(jì)分析，掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和資源使用情況，然后通過(guò)合理配置系統(tǒng)資源，使系統(tǒng)健康運(yùn)行。

　　從系統(tǒng)管理的角度看，性能的管理主要集中在現(xiàn)有資源的分配利用上，這些資源包括物理資源和邏輯資源。物理資源包括了CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備，邏輯設(shè)備包括邏輯卷管理器、虛擬內(nèi)存管理器、系統(tǒng)資源控制器和文件系統(tǒng)等。這里重點(diǎn)介紹一些關(guān)于系統(tǒng)性能的命令和工具。

　　1.iostat

　　iostat命令主要通過(guò)觀察物理磁盤(pán)的活躍時(shí)間以及他們的平均傳輸速度，監(jiān)控系統(tǒng)輸入/輸出設(shè)備負(fù)載。根據(jù)iostat命令產(chǎn)生的報(bào)告，用戶可確定一個(gè)系統(tǒng)配置是否平衡，并據(jù)此在物理磁盤(pán)與適配器之間更好地平衡輸入/輸出負(fù)載。

　　2.netpmon

　　netpmon命令可以監(jiān)控關(guān)于網(wǎng)絡(luò)行為的系統(tǒng)事件和性能以及網(wǎng)絡(luò)行為對(duì)CPU的消耗。netpmon命令在指定的監(jiān)控周期報(bào)告網(wǎng)絡(luò)行為。?

　　3.ps 工具

　　ps命令是UNIX系統(tǒng)中最常見(jiàn)的命令，它主要顯示系統(tǒng)中關(guān)于進(jìn)程的統(tǒng)計(jì)和狀態(tài)信息，如進(jìn)程ID，I/O行為以及CPU利用率等。利用ps命令提供的信息，可決定一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行了多長(zhǎng)時(shí)間，進(jìn)程使用了多少CPU時(shí)間，以及進(jìn)程是否受系統(tǒng)的懲罰。還可用ps命令確定進(jìn)程使用了多少內(nèi)存，完成多少I(mǎi)/O，進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)以及是誰(shuí)創(chuàng)建了進(jìn)程。

　　4.vmstat

　　vmstat命令報(bào)告關(guān)于核心線程，虛擬內(nèi)存，自陷（trap），磁盤(pán)以及CPU行為的統(tǒng)計(jì)。而且每種行為報(bào)告都被更細(xì)致地用百分比分別表示用戶態(tài)、核態(tài)、空閑以及等待磁盤(pán)I/O等情況。

　　內(nèi)核維持了對(duì)核心線程，換頁(yè)以及中斷行為的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，而vmstat命令則通過(guò)使用knlist子程序和/dev/kmen偽設(shè)備驅(qū)動(dòng)器訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)。磁盤(pán)的輸入/輸出統(tǒng)計(jì)是通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)器維持的。對(duì)于磁盤(pán)，平均傳輸速度是通過(guò)使用活躍時(shí)間核傳輸信息數(shù)目決定的。而活躍時(shí)間百分比則是從報(bào)告期間驅(qū)動(dòng)器忙的時(shí)間量計(jì)算出來(lái)的。

　　5.sar

　　sar命令報(bào)告CPU的使用情況，I/O以及其它系統(tǒng)行為。sar命令可以收集，報(bào)告以及保存系統(tǒng)行為信息。如果沒(méi)有指定輸入文件，則sar調(diào)用sarc命令訪問(wèn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

　　用戶可用讓cron命令運(yùn)行兩個(gè)shell腳本（/usr/lib/sa/sa1和/usr/lib/sa2）以提供日統(tǒng)計(jì)和報(bào)表。在crontab文件/var/spool/cron/crontabs/adm中包括了一些樣本節(jié)，用于示范cron要在何時(shí)運(yùn)行這些shell腳本。以這種方式收集到的數(shù)據(jù)對(duì)于確定系統(tǒng)的時(shí)間周期特征和決定峰值使用時(shí)間是很有用的。

　　但要注意的是，sar命令自己運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的讀寫(xiě)。因此最好在沒(méi)有工作量的情況下運(yùn)行sar統(tǒng)計(jì)，看看sar對(duì)總的統(tǒng)計(jì)數(shù)字有多大的影響。

　　6.topas

　　topas命令用于監(jiān)控各種系統(tǒng)資源，如CPU的使用情況，CPU事件和隊(duì)列，內(nèi)存和換頁(yè)空間的使用，磁盤(pán)性能，網(wǎng)絡(luò)性能以及NFS統(tǒng)計(jì)等。它還會(huì)報(bào)告指派給不同WLM類(lèi)的進(jìn)程對(duì)系統(tǒng)資源的消耗情況。它還能報(bào)告系統(tǒng)中最熱門(mén)的進(jìn)程和工作量管理器（WLM）的熱門(mén)類(lèi)。有關(guān)WLM類(lèi)信息只有在WLM激活時(shí)才會(huì)顯示。topas命令將熱門(mén)進(jìn)程定義為那些使用大量CPU時(shí)間的進(jìn)程。topas命令沒(méi)有作日志的選項(xiàng)，所有信息都是實(shí)時(shí)的。

　　7.truss

　　truss命令跟蹤一個(gè)進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用、所接收的信號(hào)以及招致的機(jī)器錯(cuò)。要檢查的應(yīng)用程序可在truss命令的命令行中指定，也可將truss命令掛在一個(gè)或多個(gè)已經(jīng)在運(yùn)行的進(jìn)程上。

　　8.svmon

　　svmon命令用于顯示當(dāng)前內(nèi)存的狀態(tài)。其可以捕捉和分析虛擬內(nèi)存的快照信息，所有的統(tǒng)計(jì)都是以4k內(nèi)存頁(yè)面為單位進(jìn)行的。

　　3．系統(tǒng)利用率統(tǒng)計(jì)腳本程序

1.統(tǒng)計(jì)程序的簡(jiǎn)介

　　此系統(tǒng)利用率統(tǒng)計(jì)腳本程序由stat.sh、setup.sh組成，僅在AIX 4.3.3與5.2環(huán)境中測(cè)試通過(guò)，尚不支持其他UNIX服務(wù)器。推薦將兩腳本置于/stat目錄，確保root對(duì)兩文件具有執(zhí)行權(quán)限（cd /stat;chmod 755 *.sh）。可運(yùn)行setup.sh腳本，此腳本將直接在root的crontab中添加一項(xiàng)。每晚23:55執(zhí)行stat.sh。腳本默認(rèn)輸出到/tmp/stat目錄，result.lst為日均統(tǒng)計(jì)值，輸出格式為“日期 ?內(nèi)存日均使用率% ?CPU每日峰值%? CPU日均使用率%”每月統(tǒng)計(jì)量根據(jù)月中每日數(shù)據(jù)平均得出，每月1號(hào)凌晨產(chǎn)生上月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并輸出至report.lst。腳本中關(guān)于crontab、awk的使用說(shuō)明及shell編程的方法請(qǐng)查閱相關(guān)技術(shù)文檔。

　　2.setup.sh腳本

　　在系統(tǒng)的命令行中執(zhí)行setup.sh，將/stat/stat.sh添加到root用戶的cron定時(shí)作業(yè)項(xiàng)中，添加文件名為/var/spool/cron/crontabs/root。否則報(bào)出定時(shí)作業(yè)已經(jīng)存在。代碼如下：

#!/usr/bin/ksh

FNAME=/stat/stat.sh

CPATH=/var/spool/cron/crontabs/root

[ -f $FNAME ]||(echo "FILE: $FNAME NOT FOUND!";exit 1)

if [ "`grep $FNAME $CPATH`" = "" ];then

?????? echo "55 23 * * * $FNAME > /dev/null 2>&1" >> $CPATH

else

?????? echo "The entry exists in $CPATH !"

fi

　　3.stat.sh腳本

　　此腳本使用AIX提供的兩個(gè)重要系統(tǒng)性能工具vmstat和svmon分別收集cpu和內(nèi)存的一整天的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。為了不影響系統(tǒng)的運(yùn)行，設(shè)定為在定時(shí)作業(yè)cron中每60秒執(zhí)行一次，全天24小時(shí)運(yùn)行，并將數(shù)據(jù)保存到cpu.日期和mem.日期文件中，以便于當(dāng)天23：55分運(yùn)行后使用awk工具進(jìn)行一天的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

　　眾所周知，awk進(jìn)行文本處理是逐行處理的，所以只需要設(shè)置計(jì)數(shù)器cnt變量進(jìn)行累加以便于計(jì)算cpu和內(nèi)存的平均利用率。我們以?xún)?nèi)存平均利用率的算法進(jìn)行說(shuō)明，其他算法的產(chǎn)生與其相類(lèi)似。

　　內(nèi)存平均利用率的算法為：

　　設(shè)置cnt、delta、tbase、base變量初始為零，cnt為行計(jì)數(shù)變量，delta保存內(nèi)存使用變化量，tbase為cron時(shí)間點(diǎn)上內(nèi)存使用量，base為總內(nèi)存量。

　　從mem.日期文件第一行開(kāi)始，如果base為0，則將$2、$3域的值賦給base和tbase。然后進(jìn)行cnt++下一行處理，即將新時(shí)間點(diǎn)上的內(nèi)存使用量減去上一時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)存使用量，并將結(jié)果賦給delta變量自加：

delta+=$3-tbase

直至最后一行，進(jìn)行100*(tbase+delta/cnt)/base即可得到當(dāng)天的內(nèi)存平均使用率了。

程序的代碼如下：

#!/usr/bin/ksh

DDIR=/tmp/stat/data

[ -d $DDIR ]||mkdir -p $DDIR

RFILE=/tmp/stat/result.lst

PFILE=/tmp/stat/report.lst

# get old date

OFILE=`date +%y%m%d`

OMON=`date +%y%m`

# produce report line for yestoday: DATE MEMAVG CPUPEAK CPUAVG

if [ -f ${DDIR}/mem.${OFILE} -a -f ${DDIR}/cpu.${OFILE} ];then

awk 'BEGIN{cnt=0;delta=0;tbase=0;base=0} /^memory/{if(base==0){base=$2;tbase=$3};cnt++;delta+=$3-tbase}END{if(cnt>0)printf("%.1f",100*(tbase+delta/cnt)/base)}' ${DDIR}/mem.${OFILE} | read MEMAVG

awk 'BEGIN{cnt=0;cidmin=100;cidsum=0} /[0-9]$/{if($160)printf("%.1f\t%.1f",100-cidmin,100-cidsum/cnt)}' ${DDIR}/cpu.${OFILE} | read CPUPEAK CPUAVG

?????? echo $OFILE"\t"$MEMAVG"\t"$CPUPEAK"\t"$CPUAVG >> $RFILE

fi

# wait till tomorrow

NFILE=`date +%y%m%d`

while [ "$OFILE" = "$NFILE" ]

do

?????? sleep 60

?????? NFILE=`date +%y%m%d`

done??????

# clear the old stat data file

find /tmp/stat/data -type f -ctime +31 | rm -f &

# new stat

vmstat 60 1430 > ${DDIR}/cpu.${NFILE} &

svmon -G -i 60 1430 > ${DDIR}/mem.${NFILE} &

# produce the month report

[ -f $PFILE ]||echo "#MONTH\tMEMAVG\tCPUMAX\tCPUAVG" > $PFILE

if [ `expr $NFILE - $OFILE` -gt 1 -a -f $RFILE ];then

?????? grep ^$OMON $RFILE | awk 'BEGIN{cnt=0;masum=0;cmsum=0;casum=0} {cnt++;masum+=$2;cmsum+=$3;casum+=$4} END{if(cnt>0)printf("%.1f%%\t%.1f%%\t%.1f%%",masum/cnt,cmsum/cnt,casum/cnt)}' | read MAVG CMAX CAVG

?????? echo $OMON"\t"$MAVG"\t"$CMAX"\t"$CAVG >> $PFILE

fi

　　4.總結(jié)

　　綜上所述，在unix系統(tǒng)中，提供了非常強(qiáng)大的系統(tǒng)監(jiān)控工具?？衫眠@些工具并結(jié)合shell腳本的便利，編制非常方便實(shí)用的監(jiān)控程序，并得到及時(shí)詳細(xì)的系統(tǒng)性能統(tǒng)計(jì)信息。系統(tǒng)管理員可根據(jù)這些數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)性能的調(diào)制工具，例如fdpr、schedtune、vmtune等，對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)核參數(shù)作出邏輯資源上的調(diào)整或者對(duì)硬件資源升級(jí)，以此保障應(yīng)用系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行