服务器内存排查之free、vmstat、sar命令实战教程

前言

在Linux服务器的运维场景中，程序突然卡顿且无日志报错、CPU未跑满的情况时有发生，此时内存问题往往是潜在的“罪魁祸首”。对于开发运维人员而言，掌握free、vmstat、sar这三个命令，就如同为服务器配备了专业的“体检工具”，能够在短短几分钟内精准定位内存相关的故障根源，为高效解决问题提供有力支持。

一、内存排查的必要性

当内存容量充足时，程序能够顺畅运行；然而，一旦内存不足，便会引发一系列问题。一方面，程序可能因无法获取足够的内存空间而崩溃；另一方面，系统不得不借助磁盘的“备用仓库”（即swap分区）来存储和读取数据。但磁盘的读写速度相较于内存而言，慢了100倍以上，这种速度差异必然导致程序出现明显的卡顿现象，严重影响服务器的性能和用户体验。

二、free命令：内存排查的“入门利器”

free命令堪称内存排查领域的“入门款”工具，它能够快速提供关于内存使用情况的基本信息，让用户迅速了解服务器的内存状态。

（一）简单操作与灵活参数

在Linux终端中，只需输入“free”命令，即可查看内存的初始状态。若希望结果以更人性化的GB/MB为单位显示，避免记忆KB数值的繁琐，可添加“-h”参数；若想实现每隔一定时间（如3秒）自动刷新内存信息，可添加“-s 3”参数。具体命令如下：

free -h -s 3

（二）结果解读：洞察内存“收支”

free命令输出的结果包含多个核心字段，每个字段都如同仓库的“收支数据”，反映了内存的不同使用情况：

• Mem（物理内存主仓库）：这是程序最常用的内存空间，类似于实际工作中的主要工作区域。
  • total：表示主仓库的总容量，例如1.9GB，反映了服务器物理内存的总量。
  • used：显示已使用的内存容量，如298MB，体现了当前正在被程序占用的内存大小。
  • free：代表完全未被使用的“空仓库”容量，例如814MB。但需要注意的是，这个值并非真正可用的内存，因为还需要考虑缓冲和缓存所占用的空间。
  • buff/cache（临时存储区）：这部分内存类似于仓库的“暂存架”，用于临时存储数据。
    • buff（缓冲区）：刚从磁盘接收的数据会先存放在这里进行整理，类似于快递站的“待分拣区”。例如，刚下载的文件碎片会暂时存储在缓冲区，等待进一步处理。
    • cache（缓存区）：频繁访问的文件或数据会被存放在这里，以便快速调用，类似于家里的“常用物品柜”。例如，常用的程序代码会被缓存在此，提高程序运行效率。
  • available（真正可用内存）：这是最为关键的指标，其值大约等于free + buff/cache，例如1.6GB。当这个值低于total的10%时，就表明内存已经接近耗尽，需要及时采取措施。
• Swap（内存备用仓库）：这是磁盘上划分的专门空间，作为内存的备用区域。只有当主仓库（物理内存）满载时，系统才会使用Swap分区。但由于磁盘速度远慢于内存，使用Swap分区会导致性能下降。

（三）实际场景应用：快速判断内存状况

通过free命令，运维人员可以在10秒内快速判断内存是否充足。例如，当使用“free -h”命令查看结果时，如果发现available值只有100MB（而总内存为1.9GB），这就表明内存已经非常紧张，可能需要清理缓存或考虑升级内存。另外，如果Swap的used值大于0，并且持续增加，这说明主仓库的内存已经不够用，系统开始频繁使用备用仓库，此时必须尽快排查原因，避免问题进一步恶化。

三、vmstat命令：内存+CPU+IO的“全面体检专家”

vmstat命令犹如服务器的“全面体检报告”，它不仅能够提供内存的使用情况，还能同时监测CPU和IO的状态，是Linux运维领域中备受推崇的“明星命令”。

（一）使用方法：定期统计，精准把握

在终端中输入“vmstat”命令，默认会统计一次当前的系统状态。若希望实现定期统计，例如每隔5秒统计一次，共统计3次，可使用以下命令：

vmstat 5 3

其中，第一个数字“5”表示统计间隔（秒），第二个数字“3”表示统计次数。通过定期统计，可以更准确地观察系统性能的变化趋势。

（二）结果解读：按模块剖析性能维度

vmstat的输出字段较多，但按照不同的性能维度进行模块划分后，理解起来就变得相对简单。

• procs（进程排队情况）
  • r：表示正在运行以及等待CPU的进程数。如果这个数值长期大于服务器的CPU核心数（例如，服务器为4核CPU，而r长期大于4），则说明CPU资源不足，进程需要排队等待处理。
  • b：代表等待资源的进程数，这些资源可能包括内存、磁盘IO等。如果这个数值大于0，说明有进程因为资源不足而“卡壳”，无法正常执行。
• memory（内存主仓库+备用仓库）
  • swpd：显示备用仓库（Swap）已经使用的空间大小（单位：KB）。如果这个数值大于0，说明主仓库的内存已经不够用，系统开始使用备用仓库。如果swpd长期大于0且持续增加，就需要考虑升级内存或者终止一些无用的进程。
  • free：表示主仓库的空闲内存容量。
  • buff：缓冲区容量，类似于数据整理的“待分拣区”。
  • cache：缓存区容量，类似于存放常用物品的“常用物品柜”。如果cache的值非常大，而io中的bi值比较小，说明文件系统的缓存效率较高，能够有效地减少磁盘IO操作。
• swap（备用仓库存取速度）
  • si：每秒从备用仓库（磁盘）读入内存的数据量（单位：KB），即从备用仓库往主仓库运输数据。
  • so：每秒从内存写入备用仓库的数据量（单位：KB），即主仓库放不下数据时，往备用仓库运输数据。正常情况下，si和so的值都应该为0。如果这两个值长期大于0（例如持续5分钟都有数值），说明主仓库的内存严重不足，必须采取措施解决，如升级内存或检查是否存在内存泄漏问题。
• io（磁盘读写速度）
  • bi：每秒从磁盘读入的数据量（单位：KB）。
  • bo：每秒写入磁盘的数据量（单位：KB）。如果bi + bo的值很大，并且后面的wa（IO等待CPU时间）大于20%，说明磁盘IO成为了系统的瓶颈，即使内存容量足够，也会导致系统出现卡顿现象。
• system（系统内核消耗的CPU）
  • in：表示某一时间间隔内观测到的每秒设备终端数。
  • cs：表示每秒产生的上下文切换次数。这个值越小越好，如果值过大，说明CPU大部分时间浪费在上下文切换上，没有得到充分利用。此时，需要考虑调低线程或者进程的数目，以提高CPU的使用效率。需要注意的是，in和cs的值越大，由内核消耗的CPU就越多。
• CPU（CPU干活情况）
  • us：用户程序使用的CPU时间占比，例如订单系统、网页服务等业务程序。如果这个值长期大于50%，说明用户程序对CPU的占用过高，可能需要优化程序或算法。
  • sy：系统内核使用的CPU时间占比，例如内存管理、磁盘IO等系统操作。us + sy的值最好小于80%，否则说明CPU资源不足，无法满足系统运行的需求。
  • id：表示CPU处于空闲状态的时间百分比。
  • wa：表示IO等待所占用的CPU时间百分比。如果wa大于20%，说明IO操作过慢，拖慢了整个系统的速度。引起I/O等待的原因可能是磁盘大量随机读写造成的，也可能是磁盘或者监控器的带宽瓶颈（主要是块操作）导致的。

（三）实际场景应用：破解“内存+CPU+IO”连环瓶颈

例如，某服务器使用“vmstat 5 3”命令进行监测，发现swpd = 1GB（备用仓库正在使用）、si = 50KB/s（持续从备用仓库读入数据）、wa = 25%（IO等待时间较长）。这一系列数据表明，服务器内存不足，导致系统开始使用备用仓库。而备用仓库位于磁盘，磁盘IO速度较慢，进而使得CPU需要等待IO操作完成，形成了“内存不足→使用备用仓库→磁盘IO慢→CPU等待”的连环瓶颈。在这种情况下，首先需要增加服务器的内存容量，然后再检查磁盘IO的性能，进行相应的优化。

四、sar命令：内存状态的“定期复查记录”

sar命令类似于内存的“定期复查记录”，它与free命令功能类似，但更适合用于“长期监控”。例如，如果希望每隔3秒查看一次内存变化情况，无需手动刷新，sar命令可以自动持续输出内存信息。

（一）使用方法：持续监控，轻松掌握

在终端中输入以下命令，即可实现每隔3秒输出一次内存信息，按Ctrl + C组合键可以停止监控：

sar -r 3

其中，参数“-r”表示查看内存使用率相关统计，后面的“3”是统计间隔（秒）。

（二）结果解读：与free“互通有无”

sar命令的输出字段和free命令的核心含义一致，例如kbmemfree（空闲内存）、kbmemused（已用内存）、kbbuffers（缓冲区）、kbcached（缓存区）等，只是显示格式有所不同。通过sar命令，用户可以快速了解服务器的内存状态，特别适合需要“长期观察内存变化”的场景，例如监控某程序运行时的内存消耗情况。

五、内存排查思路：高效定位问题的“三步法”

为了提高内存排查的效率，可以按照“先整体、再细节、后长期”的思路进行操作：

（一）第一步：用free快速判断“内存够不够”

首先输入“free -h”命令，查看available（可用内存）的占比情况。如果available值大于总内存的20%，说明内存充足；如果小于10%，则表明内存紧张，需要进一步深入排查。

（二）第二步：用vmstat找“瓶颈在哪”

如果free命令显示内存紧张，接下来输入“vmstat 5 3”命令，仔细观察swap的si/so（判断是否在使用备用仓库）、procs的r/b（查看进程是否排队）、IO的wa（确定是否因IO拖慢系统）等指标。通过这些数据，可以定位问题究竟是单纯的内存问题，还是内存与CPU/IO混合导致的问题。

（三）第三步：用sar做“长期监控”

如果想跟踪某程序（例如新上线的APP）的内存消耗情况，输入“sar -r 3”命令，持续观察内存的变化趋势。通过长期监控，可以判断程序是否存在“内存泄漏”问题，即程序在运行过程中内存使用量逐渐增加，最终导致内存耗尽。

六、总结

free、vmstat、sar这三个命令在服务器内存排查中各有其独特的用途：

• free命令主要用于“快速查看”服务器的内存使用情况，为用户提供一个初步的内存状态评估。
• vmstat命令则擅长“全面排查”，能够同时监测内存、CPU和IO等多个性能指标，帮助用户深入分析系统性能瓶颈。
• sar命令适用于“长期监控”，可以持续跟踪内存的变化情况，对于发现潜在的内存问题具有重要意义。

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