Linux学习笔记22：系统资源监控到内存优化

学习目标

理解本节涉及的核心主题：Linux 性能监控与优化、系统资源监控、查看 CPU 使用率、查看内存使用。
能够结合示例完成常见操作，并理解关键参数、使用场景与结果差异。
能够识别本节相关的常见风险、易错点或排查思路。

学习重点

主题范围：Linux 性能监控与优化、系统资源监控、查看 CPU 使用率、查看内存使用、磁盘使用、网络带宽监控
学习重点：命令用途、关键参数、典型场景、与相近命令的区别
复习方式：先理解场景，再动手练习，最后对照结果检查

Linux 性能监控与优化

系统资源监控

系统资源监控是了解系统当前状态、发现潜在问题的基础。通过监控 CPU、内存、磁盘和网络等资源的使用情况，可以及时发现资源瓶颈，采取优化措施。

查看 CPU 使用率

CPU 使用率是衡量系统负载的重要指标。高 CPU 使用率可能导致系统响应缓慢甚至崩溃。

使用 `top` 和 `htop`

top 和 htop 是最常用的实时系统监控工具，用于查看系统的 CPU、内存、进程等使用情况。

实时监控 CPU 使用情况
top 命令
top 是一个命令行工具，默认安装在大多数 Linux 发行版中。
```
top
```
htop 命令

htop 是 top 的增强版，提供了更友好的用户界面和更多的功能。
```
sudo apt install htop    # Debian/Ubuntu
sudo yum install htop    # CentOS/RHEL
sudo dnf install htop    # Fedora
```
```
htop
```
比较 top 和 htop
- top：简洁、基本功能，适合快速查看系统状态。
- htop：彩色界面、支持鼠标操作、可视化显示，更适合深入分析。
识别高 CPU 使用进程
在 top 或 htop 中，按 %CPU 列排序，可以快速找到消耗 CPU 资源最多的进程。
示例（使用 top）：
1. 启动 top：
```
top
```
2. 按 %CPU 列排序：
  在 top 界面中，按 P 键可以按 CPU 使用率排序。
3. 识别高 CPU 使用进程：
  查看顶部列出的进程，找出消耗大量 CPU 的应用程序或服务。 示例（使用 htop）：
4. 启动 htop：
```
htop
```
5. 按 %CPU 排序：
  按 F6 键，选择 %CPU 作为排序依据。
6. 识别高 CPU 使用进程：
  查看顶部的进程列表，找出高负载进程。

使用 `mpstat` 查看多核 CPU 性能

mpstat 是 sysstat 包中的一个工具，用于报告各个 CPU 核心的使用情况，适用于多核系统的详细性能分析。

安装与基本用法

sudo apt install sysstat    # Debian/Ubuntu
sudo yum install sysstat    # CentOS/RHEL
sudo dnf install sysstat    # Fedora

启用 sysstat 数据收集：

sudo sed -i 's/ENABLED="false"/ENABLED="true"/' /etc/default/sysstat
sudo systemctl restart sysstat

查看所有 CPU 核心的使用情况

mpstat -P ALL 1 5

说明：

-P ALL：显示所有 CPU 核心的信息。
1：每隔1秒采样一次。
5：采样5次。

解释 mpstat 输出

Linux 5.4.0-104-generic (hostname)    04/27/2024  _x86_64_    (8 CPU)

04:00:01 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
04:00:02 PM  all    5.00    0.00    3.00    0.50     0.00    0.00     0.00     0.00     0.00    91.50
04:00:02 PM    0    6.00    0.00    4.00    0.60     0.00    0.00     0.00     0.00     0.00    89.40
04:00:02 PM    1    4.00    0.00    2.00    0.40     0.00    0.00     0.00     0.00     0.00    93.60
...

字段说明：

%usr：用户空间占用的 CPU 百分比。
%sys：内核空间占用的 CPU 百分比。
%iowait：等待 I/O 操作的 CPU 百分比。
%idle：空闲 CPU 百分比。 示例解释：
all 行显示所有 CPU 核心的平均使用情况。
每个核心（如 0, 1, ...）的详细使用情况。

查看内存使用

内存使用情况直接影响系统性能。合理的内存管理和监控可以防止内存不足导致的系统缓慢或崩溃。

使用 `free` 查看内存状态

free 是一个简单的命令，用于显示系统的内存使用情况，包括物理内存、交换空间和缓存。

基本用法
```
free
```

常用选项

-h：以人类可读的格式显示（如 MB、GB）。
-m：以 MB 为单位显示。
-g：以 GB 为单位显示。 示例：

free -h

示例输出：

              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           16G        4.2G        2.1G        512M        9.7G         11G
Swap:          8G          0B          8G

理解内存使用的各个部分
- total：总物理内存。
- used：已使用的内存。
- free：空闲的内存。
- shared：多个进程共享使用的内存。
- buff/cache：用于缓冲和缓存的内存。
- available：可供新进程使用的内存。 注意事项：
- buff/cache 中的内存可被回收利用，available 更能准确反映系统实际可用内存。

使用 `vmstat` 分析内存与交换空间

vmstat（Virtual Memory Statistics）提供了系统内存、进程、分页、块 I/O 等的统计信息，适用于深入分析内存和交换空间的使用情况。

基本用法
```
vmstat
```
常用选项
- -s：以统计摘要形式显示信息。
- -m：显示 slab 信息。
- 1 5：每隔1秒采样一次，共5次。 示例：
```
vmstat 1 5
```
示例输出：
```
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 2  0      0 2147484  524288  8388608    0    0     0     0   45   78  5  2 93  0  0
 1  0      0 2147484  524288  8388608    0    0     0     0   30   55  3  1 96  0  0
 0  0      0 2147484  524288  8388608    0    0     0     0   50  100  4  2 94  0  0
 1  0      0 2147484  524288  8388608    0    0     0     0   35   70  6  3 91  0  0
 0  0      0 2147484  524288  8388608    0    0     0     0   40   80  5  2 93  0  0
```
字段说明：
- procs
  - r：运行队列中的进程数。
  - b：等待 I/O 的进程数。
- memory
  - swpd：已使用的交换空间（KB）。
  - free：空闲内存（KB）。
  - buff：缓冲区使用的内存（KB）。
  - cache：缓存使用的内存（KB）。
- swap
  - si：从交换空间交换到内存的数据量（KB/s）。
  - so：从内存交换到交换空间的数据量（KB/s）。
- io
  - bi：块设备读取数据量（块/s）。
  - bo：块设备写入数据量（块/s）。
- system
  - in：每秒中断数。
  - cs：每秒上下文切换数。
- cpu
  - us：用户空间占用的 CPU 百分比。
  - sy：内核空间占用的 CPU 百分比。
  - id：空闲 CPU 百分比。
  - wa：等待 I/O 的 CPU 百分比。
  - st：被虚拟机偷走的 CPU 百分比。解释 vmstat 输出
- 高 si 和 so 表示交换活动频繁，可能是内存不足。
- 高 wa 表示 I/O 等待时间长，可能是磁盘性能瓶颈。
- 高 r 表示系统负载较高，可能需要优化进程或增加 CPU。

使用 `top` 监控内存使用

top 不仅可以监控 CPU 使用情况，还能实时显示内存和交换空间的使用情况，帮助识别内存泄漏和高内存使用的进程。

查看内存使用情况
启动 top：

top

内存部分示例输出：

KiB Mem : 16384000 total,  2100000 free, 4200000 used, 10084000 buff/cache
KiB Swap:  8388608 total,  8388608 free,        0 used.  10400000 avail Mem

识别内存泄漏进程
1. 排序进程按内存使用量
  在 top 界面中，按 M 键可以按内存使用量排序。
2. 监控高内存使用进程
  观察持续占用大量内存的进程，确认是否存在内存泄漏。 示例：
```
PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
1234 alice     20   0  500000 300000  20000 S   5.0  1.8  10:00.00 myapp
```
在此示例中，myapp 进程占用了 1.8% 的内存，持续监控其内存使用是否异常增长。

磁盘使用

磁盘使用情况影响系统的存储能力和读写性能。通过监控磁盘空间和 I/O 活动，可以防止磁盘满溢和性能瓶颈。

使用 `df` 查看磁盘空间

df（Disk Free）命令用于显示文件系统的磁盘空间使用情况。

基本用法
```
df
```

常用选项

-h：以人类可读的格式显示（如 GB、MB）。
-T：显示文件系统类型。
-i：显示 inode 使用情况。 示例：

df -hT

示例输出：

Filesystem     Type      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda1      ext4       50G   20G   28G  42% /
tmpfs          tmpfs     2.0G     0  2.0G   0% /dev/shm
/dev/sdb1      xfs       100G   60G   40G  60% /data

理解各分区的使用情况
- Filesystem：文件系统名称或设备。
- Type：文件系统类型（如 ext4, xfs）。
- Size：总大小。
- Used：已使用空间。
- Avail：可用空间。
- Use%：使用百分比。
- Mounted on：挂载点。

使用 `du` 分析目录占用

du（Disk Usage）命令用于估算文件和目录的磁盘使用量，帮助识别占用大量空间的目录或文件。

基本用法
```
du /path/to/directory
```
常用选项
- -h：以人类可读的格式显示。
- -s：显示总计。
- -d N：显示到 N 级深度的目录。
- --max-depth=N：与 -d 类似，指定最大目录深度。 示例：
```
du -sh /var/log
```
示例输出：
```
500M    /var/log
```
识别占用大量空间的目录或文件
示例：
```
du -ah /var | sort -hr | head -n 20
```
说明：
- -a：显示所有文件和目录。
- sort -hr：按人类可读的格式逆序排序。
- head -n 20：显示前20个结果。 示例输出：
```
2.0G    /var/log
1.5G    /var/log/nginx
1.2G    /var/log/mysql
500M    /var/www/html
...
```

使用 `iotop` 监控磁盘 I/O

iotop 是一个实时监控磁盘 I/O 使用情况的工具，类似于 top，但专注于磁盘操作。

安装与基本用法
安装 iotop

sudo apt install iotop    # Debian/Ubuntu
sudo yum install iotop    # CentOS/RHEL
sudo dnf install iotop    # Fedora

启动 iotop

sudo iotop

识别高 I/O 进程
在 iotop 界面中，查看正在进行大量读写操作的进程，帮助识别性能瓶颈。
示例：

Total DISK READ:  0.00 B/s | Total DISK WRITE:  0.00 B/s
TID  PRIO  USER     DISK READ  DISK WRITE  SWAPIN     IO>    COMMAND
1234 be/4 alice      0.00 B/s    0.00 B/s  0.00 %  0.00 %  myapp
5678 be/4 bob        0.00 B/s    1.00 MB/s 0.00 %  0.00 %  nginx

在此示例中，nginx 进程正在进行大量磁盘写入操作。

网络带宽监控

网络带宽监控有助于了解网络流量的使用情况，识别异常流量和潜在的网络问题。

使用 `iftop` 监控实时网络流量

iftop 是一个实时流量监控工具，显示网络接口上的流量和连接情况。

安装与基本用法
安装 iftop

sudo apt install iftop    # Debian/Ubuntu
sudo yum install iftop    # CentOS/RHEL
sudo dnf install iftop    # Fedora

启动 iftop

sudo iftop -i eth0

说明：

-i eth0：指定要监控的网络接口（如 eth0、wlan0）。

识别高流量连接
在 iftop 界面中，查看哪些 IP 地址或端口正在消耗大量带宽，帮助识别潜在的网络问题或攻击。
示例：

Total send rate:  1.00 Gbits/sec  Total receive rate:  500 Mbits/sec
192.168.1.100:443                500 Mbits/sec   200 Mbits/sec    example.com
10.0.0.5:22                      300 Mbits/sec    100 Mbits/sec    remote.server.com

使用 `nload` 查看网络流量统计

nload 是一个简单的网络流量监控工具，显示网络接口的上传和下载流量统计。

安装与基本用法
安装 nload

sudo apt install nload    # Debian/Ubuntu
sudo yum install nload    # CentOS/RHEL
sudo dnf install nload    # Fedora

启动 nload

nload eth0

说明：

eth0：指定要监控的网络接口。

分析上传与下载流量
nload 提供了实时的上传（TX）和下载（RX）流量图表，帮助用户直观地了解网络流量的动态变化。
示例：
```
eth0 [####################--------------------]   1.00 KB/s  |   500.00 KB/s
```
字段说明：
- 上传流量（TX）：发送到网络的流量。
- 下载流量（RX）：从网络接收的流量。

系统性能优化

性能优化旨在通过调整系统配置和优化资源使用，提升系统整体性能和响应速度。

优化 CPU 使用

高 CPU 使用率可能导致系统响应缓慢，甚至无法处理新任务。通过调整进程优先级和优化高 CPU 使用进程，可以改善系统性能。

调整进程优先级，使用 `nice` 和 `renice`

nice 命令基本用法
nice 用于启动一个新进程时设置其优先级。优先级值（niceness）范围从 -20（最高优先级）到 19（最低优先级），默认值为 0。
示例：
启动一个进程，并设置优先级为 10：
```
nice -n 10 myapp
```
renice 命令基本用法
renice 用于修改正在运行的进程的优先级。
示例：
将 PID 为 1234 的进程优先级调整为 5：
```
renice -n 5 1234
```
说明：
- 需要具有足够的权限（通常是超级用户）才能降低进程的优先级（设置为更高的 niceness 值）。

识别并优化高 CPU 使用进程

使用 top 和 htop 查找高 CPU 使用进程
在 top 或 htop 中，按 %CPU 列排序，找到消耗大量 CPU 资源的进程。
示例（使用 htop）：
1. 启动 htop：
```
htop
```
2. 按 %CPU 排序：
  按 F6 键，选择 %CPU 进行排序。
3. 识别高 CPU 使用进程：
  查看顶部的进程列表，找出 CPU 使用率异常高的进程。
调整进程优先级或优化应用配置
对于高 CPU 使用的进程，可以通过以下方式进行优化：
- 调整优先级：
```
sudo renice -n 10 -p 1234
```
  说明： 将 PID 为 1234 的进程优先级设置为 10，降低其 CPU 使用优先级。
- 优化应用配置：
  检查应用程序的配置文件，调整线程数、缓存大小等参数，降低其 CPU 负载。
  示例：
  对于 nginx，可以调整 worker_processes 参数：
```
worker_processes auto;
```
  修改配置后，重新加载 nginx：
```
sudo systemctl reload nginx
```

内存优化

内存优化通过调整系统参数和管理缓存与交换空间，提升内存使用效率，防止内存不足导致的性能问题。

调整内核参数，使用 `sysctl`

sysctl 是一个用于查看和修改内核参数的工具，内核参数通常保存在 /etc/sysctl.conf 或 /etc/sysctl.d/ 目录下的文件中。

常用内核参数
- vm.swappiness：
  控制系统使用交换空间的倾向。范围从 0（尽量少使用交换空间）到 100（尽量多使用交换空间）。
  默认值： 60
  优化建议： 将 vm.swappiness 设置为 10，减少交换空间的使用，提高系统性能。
  临时调整：
```
sudo sysctl vm.swappiness=10
```
  永久调整：
  
  编辑 /etc/sysctl.conf 文件，添加以下行：
```
vm.swappiness=10
```
  应用更改：
```
sudo sysctl -p
```
- vm.vfs_cache_pressure：
  控制系统回收目录和 inode 缓存的倾向。默认值为 100，增大该值会加快缓存回收速度，减小则会保留更多缓存。
  优化建议： 将 vm.vfs_cache_pressure 设置为 50，保持更多的文件系统缓存，提升文件访问性能。
  临时调整：
```
sudo sysctl vm.vfs_cache_pressure=50
```
  永久调整：
  
  编辑 /etc/sysctl.conf 文件，添加以下行：
```
vm.vfs_cache_pressure=50
```
  应用更改：
```
sudo sysctl -p
```
临时与永久调整方法
- 临时调整：通过 sysctl 命令直接修改内核参数，重启后失效。
- 永久调整：编辑 /etc/sysctl.conf 或 /etc/sysctl.d/*.conf 文件，确保参数在系统重启后仍然生效。

管理缓存与交换空间

清理缓存
清理系统缓存可以释放内存，但通常不建议频繁执行，因为缓存有助于提高系统性能。只有在特定情况下（如内存不足）才需要清理缓存。
命令：
```
sudo sync
sudo sysctl -w vm.drop_caches=3
```
说明：
- vm.drop_caches=3：清理页缓存、目录项缓存和 inode 缓存。
调整交换空间大小
交换空间（Swap）用于在物理内存不足时临时存储数据。合理配置交换空间可以防止系统因内存不足而崩溃。
查看当前交换空间使用情况
```
swapon --show
```
增加交换空间
1. 创建交换文件
```
sudo fallocate -l 4G /swapfile
```
  说明： 创建一个 4GB 的交换文件。
2. 设置正确的权限
```
sudo chmod 600 /swapfile
```
3. 格式化为交换空间
```
sudo mkswap /swapfile
```
4. 启用交换空间
```
sudo swapon /swapfile
```
5. 将交换空间添加到 /etc/fstab 文件中以便开机自动启用
```
/swapfile none swap sw 0 0
```
减少交换空间
1. 禁用交换文件
```
sudo swapoff /swapfile
```
2. 删除交换文件
```
sudo rm /swapfile
```
3. 从 /etc/fstab 中移除对应行

管理缓存与交换空间最佳实践

设置合理的 vm.swappiness 值：根据系统需求调整 vm.swappiness，降低系统对交换空间的依赖，提高物理内存的利用效率。
监控交换空间使用情况：定期检查交换空间的使用，确保系统在物理内存不足时能够有效利用交换空间。
避免过度依赖交换空间：通过增加物理内存或优化应用程序，减少对交换空间的需求。

本节总结

本节主要围绕 Linux 性能监控与优化、系统资源监控、查看 CPU 使用率、查看内存使用、磁盘使用展开。
学习时应优先抓住「命令解决什么问题、在什么场景下使用、执行后会产生什么结果」。
对涉及权限、覆盖、网络、系统服务、删除或安全配置的操作，建议先在测试环境练习。

复习建议

先用自己的话复述本节每个主题或命令的作用，避免只记参数不懂用途。
按原文示例至少手敲一遍典型命令，并观察输出变化。
对高风险操作先确认路径、权限和目标对象，再执行实际命令。

2026 年 4 月
日	一	二	三	四	五	六
			1	2	3	4
5	6	7	8	9	10	11
12	13	14	15	16	17	18
19	20	21	22	23	24	25
26	27	28	29	30

学习目标

学习重点

Linux 性能监控与优化

系统资源监控

查看 CPU 使用率

使用 top 和 htop

使用 mpstat 查看多核 CPU 性能

查看内存使用

使用 free 查看内存状态

使用 vmstat 分析内存与交换空间

使用 top 监控内存使用

磁盘使用

使用 df 查看磁盘空间

使用 du 分析目录占用

使用 iotop 监控磁盘 I/O

网络带宽监控

使用 iftop 监控实时网络流量

使用 nload 查看网络流量统计

系统性能优化

优化 CPU 使用

调整进程优先级，使用 nice 和 renice

识别并优化高 CPU 使用进程

内存优化

调整内核参数，使用 sysctl

管理缓存与交换空间

管理缓存与交换空间最佳实践

本节总结

复习建议

使用 `top` 和 `htop`

使用 `mpstat` 查看多核 CPU 性能

使用 `free` 查看内存状态

使用 `vmstat` 分析内存与交换空间

使用 `top` 监控内存使用

使用 `df` 查看磁盘空间

使用 `du` 分析目录占用

使用 `iotop` 监控磁盘 I/O

使用 `iftop` 监控实时网络流量

使用 `nload` 查看网络流量统计

调整进程优先级，使用 `nice` 和 `renice`

调整内核参数，使用 `sysctl`