Linux操作系统的性能指标

1 硬盘相关情况

1.1 使用 df 命令快速查看硬盘状况

1.2 初识 Linux 下的硬盘和分区

• 在 Windows 下，一块硬盘被分成两个分区，一般是 C 盘、D 盘形式表示。如果想要访问这个分区，直接用鼠标双击就可以进去。
• 在 Linux 下，一块硬盘是不变的，有两个分区也是不变的。变化的是没有了桌面图标和鼠标。取而代之的是用一个目录作为分区的表示和入口。

1.3 Linux 下分区查看和访问

使用 fdisk -l 命令可以宏观地来查看当前有几个硬盘，几个分区。 上图 /dev/sda 就代表了一块硬盘，/dev/目录，之前学过操作系统都是文件，所以一个硬盘或者一个分区也都是用文件表示。而在 Linux 下，用来表示硬盘和分区(或者说是设备)的文件统一放在 /dev/目录下。

再来说 sda 代表什么，这里其实应该把这个词拆开来看：sd 和 a 。sd 代表这是一个 SATA 接口的硬盘(一般的个人计算机硬盘接口分为两种，即老式的 IDE 硬盘和新的 SATA 硬盘，现在基本上都是 SATA)，而 a 在这里表示第一块硬盘，如果还有更多的硬盘，就会顺序地往下排列：sdb，sdc，sdd 等。

1.4 结合 fdisk 命令和 df 命令查看硬盘分区信息

上图中 df 命令的输出结果的左边第一列指的就是分区。

df 命令的输出结果的最右边一列，表示分区的入口在哪里。” / “ 也是一个目录，由于它是最开始的第一个目录，所以又叫他根目录。

df 命令输出结果的两个分区分别对应的入口一个是 ” / “，另一个是 ” /boot “，在执行 cd 命令时可以选择进入。

2 Linux 下查看内存

2.1 快速理解内存是什么

上图是 CPU 和内存、硬盘之间的关系。电影，电子书，游戏，听歌，这些电影，游戏，音乐都是统称为数据。所有的这些数据都是保存在硬盘中，因为硬盘的地方最大。

如果说要打游戏，会有上图一个简单的流程。

第一步： CPU 向硬盘发起命令，把所需的游戏数据先定位好，方便查找

第二步：游戏数据会从硬盘调入内存中

第三步：一边玩游戏，CPU 一边把每一步走棋都进行计算，把这些中间下棋的结果先暂停都存在内存中

第四步：不想玩的时候，在游戏中单机保存游戏，这样当前的战局结果会被存入硬盘中，想接着玩，会先从内存中读取上一次的结果。

说明

硬盘作为最大的容器，平时所有的内容都存在里面(大多数存的内容都暂时不用)，不过它的速度最慢，所以 CPU 不可能一直跟它索要数据，不然 CPU 要等很久。

内存的容量比硬盘要小很多，但内存的速度比硬盘快的多。所以例如玩游戏，CPU 会大部分都只和内存互动，把中间产生的所有结果都先放在内存中，只有当单击保存游戏以后，这个结果才会被存回硬盘中。

一般的内存都不能永久存储数据，一旦突然停电，没有保存，那么当前你的游戏会全白玩，内存中的数据都丢失。

内存的好坏会直接影响计算机的运行速度。

为什么内存这么重要？因为内存的存取速度远远超过硬盘的速度，脱离了内存，计算机 CPU 就不能正常地存取数据，所以内存是直接影响计算性能的重要部件。

计算机部件运行速度排行为：CPU > 内存 > 硬盘

2.2 使用 free 命令快速查看 Linux 下的内存指标

free -h     --查看内存指标

• total：指一共有多少内存
• used：正在被使用的内存
• free：完全空闲的内存
• shared：共享内存(几乎没有实际的用处)
• buffer/cache：缓存缓冲内存
• available：真是可用的内存

2.3 使用 free 命令查看内存的基本原理

简单举例说明，从汉代开始，中国的打仗就开始采用屯田制，简单地说就是：士兵们有战争时就去打仗，空闲时就去耕田，一举两得。对应到Linux的内存使用，其实跟这个例子比较类似。
- 休息的士兵：不打仗、不耕田，就在军营中天天吃饭休息。这一部分的士兵就是相当于 free 内存，也就是空闲的内存。
- 耕田的士兵：在地里耕种，也在给国家做着贡献，不过在国君的眼中，耕田的优先级远没有打仗的高，所以说这些耕种的士兵其实也是处于随时待命的状态，一旦前方战事吃紧，那么他们立刻可以换上军装去打仗，并不耽误。这一部分的士兵相当于 buffer/cache 内存。
- 正在打仗的士兵：就是在使用中的士兵，在前方厮杀忙得不可开交。这就是相当于 used，也就是忙中内存。
- 回头看，所谓的还有多少内存，其实就是休息的士兵+耕田的士兵总和就是随时可用的士兵。也就是 available 是真实可以用的内存， available = free + buffer/cache。

2.4 Linux 中的 cache 高速缓存

把 CPU 比作救火车，cache 比作蓄水池，内存比作拎水桶的用户，假设一个救灾用火的场景。灾区缺水，一辆救火车负责把大量的水运送给用户，而救火车用的是高压水枪，出水的速度极快无比，但是灾区的用户只能每个人拎着水桶来取水，如果救火车用高压枪直接喷给用户，那就变成洗澡，不是送水。

既然这样，救火车不得不大幅度降低自己的效率，把高压水枪的压力减到最小，慢慢地给用户出水，用户逐个排队来救火车、高压水枪这里取水，这样的话，救火车效率就变得极其低下，还有那么多受灾的地区，盼着救火车赶过去。

为了解决这个问题，如果在中间设置一个蓄水池，让救火车先把所有的水快速地冲入进去，然后救火车就赶去别处，而用户们自己再去蓄水池取水，这样问题就解决了。

CPU 的速度最快，内存速度远远赶不上 CPU（虽然内存比硬盘快的多，但跟 CPU 比起来还是太慢），那么 CPU 为了提高效率，就先把中间数据交给 cache 高速缓存，然后 CPU 把剩下的任务甩给 cache 缓存，自己就去忙别的，接下来，内存再到缓存中取数据。cache 可以理解为上面的蓄水池。

2.5 Linux 内存中的 buffer 缓冲区

buffer 叫做缓冲区，主要为了提高写硬盘的速度。

例子：樱桃大丰收，村里决定集体采摘，然后用大货车运到集市上去卖。假如每人每摘下来一个樱桃，就立刻送到卡车上去，效率太低。所以每人配备一个大箩筐，采摘下来的樱桃先放满一箩筐，然后再依次送到卡车上装车。这样就大大提高了效率，也缓解了村民的工作压力。

buffer缓冲区就是这个大箩筐，每当有大量数据要被写入硬盘时，把所有的零碎数据(一个个的樱桃)，先统一放入 buffer 中，当buffer 积累到一定量时，再一次性写入硬盘。这样，既提高了效率，又大大地缓解了硬盘的压力。这就是内存中的 buffer 缓冲区。

总的来说，cache 为了高效率地读，buffer 为了高效率地写，这两种都是内存缓冲技术，也是 Linux 管理内存高效的重要标志。

[root@localhost /]# echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches 		--清理 cache 缓存

3 Linux 下查看 CPU 指标

3.1 什么是进程

一个正在跑着的应用就是一个进程。例如：在 win 上正用虚拟机学 Linux，而同时还戴着耳机听音乐。桌面最下面的任务栏里还开着浏览器，开着 QQ。这些都是正在运行的软件，不管你当前的注意力放在哪一个软件上，他们都是进程。在Linux下无法直观地看到进程。需要一些命令才操作。

• ping命令是一个用来检查网络通不通的小工具，不是 Linux 系统独有的，其他操作系统也都有的。ping 命令可以持续不断地往一个 IP地址上发送数据包，如果到达这个 IP 的网络是通的，那么就会如上显示。用ping命令后，就开启了一个持续不断运行的进程，它每秒钟发送一次，收回一次。

127.0.0.1 是一个 IP 地址，不过这个是本机的 IP地址。ping 127.0.0.1 等于是检查自己通不通，肯定是通的。

这样就开启了一个持续不断的运行的程序，也就是一个进程。ping 命令一旦开始运行后，当前的命令行就被它占据了，只能盯着看，不能做别的事，Ctrl + C 组合键可以终止这个进程。像 ping 这样，把当前使用的命令行或者窗口给霸占的进程，叫做前台进程或者是跟你直接互动的进程。

3.2 执行和观察后台

ping 127.0.0.1 >> ping.log &	
--(>> ping.log)把 ping 的输出信息，保存到一个文件中，& 当前进程放入后台进程，使用 >> 符号把内容放入文件又称作重定向。
jobs 	
--查看以 & 方式放入后台的进程，只能看到 & 放入后台的进程tail -f ping.log		
-- 可以不断追踪文件的末尾内容tail -f 的效果感觉就像看着 ping 命令输出一样，其实这是每一次 ping 后把一条输出信息存进去的效果。

jobs 命令显示出在后台的进程，并且一个进程前面都有一个进程号。 使用 【 fg % 进程号 】 就可以让这个进程回到前台。

3.3 使用 ps 命令观察 Linux 下用户自己的进程

ps 其实是process status 的缩写，意思就是进程状况。bash 意思是当前正在用的这个命令行，ps 其实是因为刚刚运行了 ps 命令。PID 是进程 id 的意思，在 Linux 中一个进程有独一无二的进程 PID。在只输入 ps (不加任何参数)的情况下，看到的结果输出是属于自己的，意思就是说同一台服务器上，张三输入 ps 后看到的是属于自己的进程。

3.4 使用 ps 命令观察 Linux 下全局的进程

ps -ef		--查看整个操作系统的进程

3.5 用令牌的形式计算 CPU 使用率

CPU 整体的工作形式好像是公交车，走一站停一下上几个人，继续去下一站。 	
在计算中，待处理的任务有很多，根据先来后到、优先级不同的原则，操作系统给这些任务合理地分配 CPU 令牌也就是时间片，有了令牌的任务，就好比是公交车有了乘客，那么公交车 CPU 到来的时候，载上指定的人数，然后继续往后面的站开。

假如现在 CPU 要处理三个任务(也就是三个进程)，在 1min 的时间内，进程 01 一共使用了 10 + 10 = 20s 的时间，也就是说 CPU 为了进程 01，分配了 20s 的工作时间给他。那么在这 1min 的时间内，进程 01 的CPU的使用率是 20s / 60s * 100% = 33%。

其实，CPU 的使用率就是用时间累加的方式来计算。

3.6 top 命令查看 CPU 使用率

上下两部分是同时刷新的，默认情况下，每个几秒就刷新一次，如果连续按 Enter 键，也可以让 top 命令迅速刷新。
上半部分：显示 Linux 系统的整体状况，包括负载，进程数，CPU 使用率，内存等
下半部分：显示一个个的进程，跟ps命令相似，ps 命令更细致，这里是按照倒序排列，把当前使用资源最多的进程逐行显示出来。

lishisen@DESKTOP-HD7SLCE:~$ top
top - 17:15:29 up  2:33,  1 user,  load average: 0.02, 0.01, 0.00
Tasks:  27 total,   1 running,  26 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  0.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,100.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem :  8059164 total,  7020104 free,   412116 used,   626944 buff/cache
KiB Swap:  2097152 total,  2097152 free,        0 used.  7409464 avail Mem

  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
    1 root      20   0  225060   8700   6620 S   0.0  0.1   0:00.29 systemd

第一行，任务队列信息，同 uptime 命令的执行结果

• 17:15:29：当前系统时间
• up 2:33：系统已经运行了多长时间
• 1 user：当前有1个用户登陆系统
• load average: 0.02, 0.01, 0.00：load average 数据是每隔5秒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，三个数值分别为 1 分钟、5 分钟、15分钟的负载情况

第二行，Tasks 任务(进程)

• 系统现在共有27个进程，其中处于运行中的1个，26个在休眠，stopped 状态有0个，zombie状态(僵尸)有0个。

第三行，cpu 状态信息

• 0.0 us：用户空间占用 CPU 的百分比
• 0.0 sy：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
• 100.0 id：空闲 CPU 百分比
• 0.0 wa：IO等待占用 CPU 的百分比
• 0.0 hi：硬中断占用 CPU 的百分比
• 0.0 si：软中断占用 CPU 的百分比

第四行，内存状态

• 8059164 total：物理内存总量
• 7020104 free：空闲内存总量
• 412116 used：使用中的内存总量
• 626944 buff/cache：缓存的内存量

第五行，swap 交换分区信息

• 2097152 total：交换区总量
• 2097152 free：空闲交换区总量
• 0 used：使用的交换区总量
• 7409464 avail Mem

第七行，各进程的状态监控

• 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
• 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=追踪/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)
  在 top 界面按一下数字 1 可以看到每一个核的使用率。