UNIX系統(tǒng)性能監(jiān)控簡述及shell實現(xiàn)系統(tǒng)資源利用率統(tǒng)計程序

論文摘要：本文簡要闡述了unix系統(tǒng)中（主要以IBM的AIX為例）進行系統(tǒng)性能管理的幾種命令行工具，并通過編寫shell實例程序，運用其中提到的工具實現(xiàn)系統(tǒng)資源利用率的統(tǒng)計程序，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。在一個計算機系統(tǒng)中，CPU、內(nèi)存、硬盤和網(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，以滿足人們對系統(tǒng)性能的期望。

　　IBM小型機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)中的幾個監(jiān)控工具為例，利用shell程序及定時作業(yè)程序cron及強大的awk工具，實現(xiàn)統(tǒng)計系統(tǒng)資源利用率，可以每天統(tǒng)計內(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)計量根據(jù)月中每日數(shù)據(jù)平均得出，每月1號凌晨產(chǎn)生上月統(tǒng)計數(shù)據(jù)，這樣就可給系統(tǒng)管理員了解系統(tǒng)運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等都很強大，限于篇幅不作非常詳細的介紹，如想更透徹地了解這些命令的用法，請參考有關(guān)技術(shù)資料或手冊。

　　2.AIX中的性能監(jiān)控工具

　　一個系統(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)之一就是對系統(tǒng)進行性能統(tǒng)計分析，掌握系統(tǒng)的運行狀態(tài)和資源使用情況，然后通過合理配置系統(tǒng)資源，使系統(tǒng)健康運行。

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

　　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CPU的消耗。netpmon命令在指定的監(jiān)控周期報告網(wǎng)絡(luò)行為。?

　　3.ps 工具

　　ps命令是UNIX系統(tǒng)中最常見的命令，它主要顯示系統(tǒng)中關(guān)于進程的統(tǒng)計和狀態(tài)信息，如進程ID，I/O行為以及CPU利用率等。利用ps命令提供的信息，可決定一個進程運行了多長時間，進程使用了多少CPU時間，以及進程是否受系統(tǒng)的懲罰。還可用ps命令確定進程使用了多少內(nèi)存，完成多少I/O，進程的優(yōu)先級以及是誰創(chuàng)建了進程。

　　4.vmstat

　　vmstat命令報告關(guān)于核心線程，虛擬內(nèi)存，自陷（trap），磁盤以及CPU行為的統(tǒng)計。而且每種行為報告都被更細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I/O等情況。

　　內(nèi)核維持了對核心線程，換頁以及中斷行為的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，而vmstat命令則通過使用knlist子程序和/dev/kmen偽設(shè)備驅(qū)動器訪問這些數(shù)據(jù)。磁盤的輸入/輸出統(tǒng)計是通過設(shè)備驅(qū)動器維持的。對于磁盤，平均傳輸速度是通過使用活躍時間核傳輸信息數(shù)目決定的。而活躍時間百分比則是從報告期間驅(qū)動器忙的時間量計算出來的。

　　5.sar

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

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

　　但要注意的是，sar命令自己運行時會產(chǎn)生相當數(shù)量的讀寫。因此最好在沒有工作量的情況下運行sar統(tǒng)計，看看sar對總的統(tǒng)計數(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事件和隊列，內(nèi)存和換頁空間的使用，磁盤性能，網(wǎng)絡(luò)性能以及NFS統(tǒng)計等。它還會報告指派給不同WLM類的進程對系統(tǒng)資源的消耗情況。它還能報告系統(tǒng)中最熱門的進程和工作量管理器（WLM）的熱門類。有關(guān)WLM類信息只有在WLM激活時才會顯示。topas命令將熱門進程定義為那些使用大量CPU時間的進程。topas命令沒有作日志的選項，所有信息都是實時的。

　　7.truss

　　truss命令跟蹤一個進程的系統(tǒng)調(diào)用、所接收的信號以及招致的機器錯。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命令掛在一個或多個已經(jīng)在運行的進程上。

　　8.svmon

　　svmon命令用于顯示當前內(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)計都是以4k內(nèi)存頁面為單位進行的。

　　3．系統(tǒng)利用率統(tǒng)計腳本程序

1.統(tǒng)計程序的簡介

　　此系統(tǒng)利用率統(tǒng)計腳本程序由stat.sh、setup.sh組成，僅在AIX 4.3.3與5.2環(huán)境中測試通過，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對兩文件具有執(zhí)行權(quán)限（cd /stat;chmod 755 *.sh）?？蛇\行setup.sh腳本，此腳本將直接在root的crontab中添加一項。每晚23:55執(zhí)行stat.sh。腳本默認輸出到/tmp/stat目錄，result.lst為日均統(tǒng)計值，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)計量根據(jù)月中每日數(shù)據(jù)平均得出，每月1號凌晨產(chǎn)生上月統(tǒng)計數(shù)據(jù)并輸出至report.lst。腳本中關(guān)于crontab、awk的使用說明及shell編程的方法請查閱相關(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定時作業(yè)項中，添加文件名為/var/spool/cron/crontabs/root。否則報出定時作業(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)存的一整天的運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)。為了不影響系統(tǒng)的運行，設(shè)定為在定時作業(yè)cron中每60秒執(zhí)行一次，全天24小時運行，并將數(shù)據(jù)保存到cpu.日期和mem.日期文件中，以便于當天23：55分運行后使用awk工具進行一天的統(tǒng)計計算。

　　眾所周知，awk進行文本處理是逐行處理的，所以只需要設(shè)置計數(shù)器cnt變量進行累加以便于計算cpu和內(nèi)存的平均利用率。我們以內(nèi)存平均利用率的算法進行說明，其他算法的產(chǎn)生與其相類似。

　　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為行計數(shù)變量，delta保存內(nèi)存使用變化量，tbase為cron時間點上內(nèi)存使用量，base為總內(nèi)存量。

　　從mem.日期文件第一行開始，如果base為0，則將$2、$3域的值賦給base和tbase。然后進行cnt++下一行處理，即將新時間點上的內(nèi)存使用量減去上一時間點的內(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，進行100*(tbase+delta/cnt)/base即可得到當天的內(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，編制非常方便實用的監(jiān)控程序，并得到及時詳細的系統(tǒng)性能統(tǒng)計信息。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，對系統(tǒng)的內(nèi)核參數(shù)作出邏輯資源上的調(diào)整或者對硬件資源升級，以此保障應(yīng)用系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行