linux系統緩存命中率分析工具

緩存是現在所有高并發系統必需的核心模塊，主要作用就是把經常訪問的數據(也就是熱點數據)，提前讀入到內存中。這樣，下次訪問時就可以直接從內存讀取數據，而不需要經過硬盤，從而加快應用程序的響應速度。

這些獨立的緩存模塊通常會提供查詢接口，方便我們隨時查看緩存的命中情況。不過 Linux 系統中并沒有直接提供這些接口，所以這里我要介紹一下，cachestat 和 cachetop ，它們正是查看系統緩存命中情況的工具。

cachestat 提供了整個操作系統緩存的讀寫命中情況。

cachetop 提供了每個進程的緩存命中情況。

這兩個工具都是 bcc 軟件包的一部分，它們基于 Linux 內核的 eBPF(extended Berkeley Packet Filters)機制，來跟蹤內核中管理的緩存，并輸出緩存的使用和命中情況。

使用 cachestat 和 cachetop 前，我們首先要安裝 bcc 軟件包。比如，在 Ubuntu 系統中，你可以運行下面的命令來安裝：

sudo apt-key adv –keyserver keyserver.ubuntu.com –recv-keys 4052245BD4284CDDecho "deb https://repo.iovisor.org/apt/xenial xenial main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/iovisor.listsudo apt-get updatesudo apt-get install -y bcc-tools libbcc-examples linux-headers-$(uname -r)

注意：bcc-tools需要內核版本為4.1或者更新的版本，如果你用的是CentOS，那就需要手動升級內核版本后再安裝。

Centos7安裝bcc-tools第一步，升級內核。你可以運行下面的命令來操作：

升級系統

yum update -y

安裝ELRepo

rpm –import https://www.elrepo.org/RPM-GPG-KEY-elrepo.orgrpm -Uvh https://www.elrepo.org/elrepo-release-7.0-3.el7.elrepo.noarch.rpm

安裝新內核

yum remove -y kernel-headers kernel-tools kernel-tools-libsyum –enablerepo="elrepo-kernel" install -y kernel-ml kernel-ml-devel kernel-ml-headers kernel-ml-tools kernel-ml-tools-libs kernel-ml-tools-libs-devel

更新Grub后重啟

grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfggrub2-set-default 0reboot

重啟后確認內核版本已升級為4.20.0-1.el7.elrepo.x86_64

uname -r

第二步，安裝 bcc-tools：

安裝bcc-tools

yum install -y bcc-tools

配置PATH路徑

export PATH=$PATH:/usr/share/bcc/tools

驗證安裝成功

cachestat 操作完這些步驟，bcc 提供的所有工具就都安裝到 /usr/share/bcc/tools 這個目錄中了。不過這里提醒你，bcc 軟件包默認不會把這些工具配置到系統的 PATH 路徑中，所以你得自己手動配置：$ export PATH=$PATH:/usr/share/bcc/tools

配置完，你就可以運行 cachestat 和 cachetop 命令了。比如，下面就是一個 cachestat 的運行界面，它以1秒的時間間隔，輸出了3組緩存統計數據：

$ cachestat 1 3TOTAL MISSES HITS DIRTIES BUFFERS_MB CACHED_MB2 0 2 1 17 2792 0 2 1 17 2792 0 2 1 17 279

你可以看到，cachestat 的輸出其實是一個表格。每行代表一組數據，而每一列代表不同的緩存統計指標。這些指標從左到右依次表示：

TOTAL ，表示總的 I/O 次數;

MISSES ，表示緩存未命中的次數;

HITS ，表示緩存命中的次數;

DIRTIES， 表示新增到緩存中的臟頁數;

BUFFERS_MB 表示 Buffers 的大小，以 MB 為單位;

CACHED_MB 表示 Cache 的大小，以 MB 為單位。

接下來我們再來看一個 cachetop 的運行界面：

$ cachetop11:58:50 Buffers MB: 258 / Cached MB: 347 / Sort: HITS / Order: ascendingPID UID CMD HITS MISSES DIRTIES READ_HIT% WRITE_HIT%13029 root python 1 0 0 100.0% 0.0%

它的輸出跟 top 類似，默認按照緩存的命中次數(HITS)排序，展示了每個進程的緩存命中情況。具體到每一個指標，這里的 HITS、MISSES和DIRTIES ，跟 cachestat 里的含義一樣，分別代表間隔時間內的緩存命中次數、未命中次數以及新增到緩存中的臟頁數。

而 READ_HIT 和 WRITE_HIT ，分別表示讀和寫的緩存命中率。

指定文件的緩存大小除了緩存的命中率外，還有一個指標你可能也會很感興趣，那就是指定文件在內存中的緩存大小。你可以使用 pcstat 這個工具，來查看文件在內存中的緩存大小以及緩存比例。

pcstat 是一個基于 Go 語言開發的工具，所以安裝它之前，你首先應該安裝 Go 語言;

安裝完 Go 語言，再運行下面的命令安裝 pcstat：

$ export GOPATH=~/go$ export PATH=~/go/bin:$PATH$ go get golang.org/x/sys/unix$ go get github.com/tobert/pcstat/pcstat

全部安裝完成后，你就可以運行 pcstat 來查看文件的緩存情況了。比如，下面就是一個 pcstat 運行的示例，它展示了 /bin/ls 這個文件的緩存情況：

$ pcstat /bin/ls+———+—————-+————+———–+———+| Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent ||———+—————-+————+———–+———|| /bin/ls | 133792 | 33 | 0 | 000.000 |+———+—————-+————+———–+———+這個輸出中，Cached 就是 /bin/ls 在緩存中的大小，而 Percent 則是緩存的百分比。你看到它們都是 0，這說明 /bin/ls 并不在緩存中。

接著，如果你執行一下 ls 命令，再運行相同的命令來查看的話，就會發現 /bin/ls 都在緩存中了：

$ ls$ pcstat /bin/ls+———+—————-+————+———–+———+| Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent ||———+—————-+————+———–+———|| /bin/ls | 133792 | 33 | 33 | 100.000 |+———+—————-+————+———–+———+