linux系统缓存命中率分析工具

缓存是现在所有高并发系统必需的核心模块，主要作用就是把经常访问的数据(也就是热点数据)，提前读入到内存中。这样，下次访问时就可以直接从内存读取数据，而不需要经过硬盘，从而加快应用程序的响应速度。

这些独立的缓存模块通常会提供查询接口，方便我们随时查看缓存的命中情况。不过 Linux 系统中并没有直接提供这些接口，所以这里我要介绍一下，cachestat 和 cachetop ，它们正是查看系统缓存命中情况的工具。

cachestat 提供了整个操作系统缓存的读写命中情况。

cachetop 提供了每个进程的缓存命中情况。

这两个工具都是 bcc 软件包的一部分，它们基于 Linux 内核的 eBPF(extended Berkeley Packet Filters)机制，来跟踪内核中管理的缓存，并输出缓存的使用和命中情况。

使用 cachestat 和 cachetop 前，我们首先要安装 bcc 软件包。比如，在 Ubuntu 系统中，你可以运行下面的命令来安装：

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需要内核版本为4.1或者更新的版本，如果你用的是CentOS，那就需要手动升级内核版本后再安装。

Centos7安装bcc-tools第一步，升级内核。你可以运行下面的命令来操作：

升级系统

yum update -y

安装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

安装新内核

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后重启

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

重启后确认内核版本已升级为4.20.0-1.el7.elrepo.x86_64

uname -r

第二步，安装 bcc-tools：

安装bcc-tools

yum install -y bcc-tools

配置PATH路径

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

验证安装成功

cachestat 操作完这些步骤，bcc 提供的所有工具就都安装到 /usr/share/bcc/tools 这个目录中了。不过这里提醒你，bcc 软件包默认不会把这些工具配置到系统的 PATH 路径中，所以你得自己手动配置：$ export PATH=$PATH:/usr/share/bcc/tools

配置完，你就可以运行 cachestat 和 cachetop 命令了。比如，下面就是一个 cachestat 的运行界面，它以1秒的时间间隔，输出了3组缓存统计数据：

$ 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 的输出其实是一个表格。每行代表一组数据，而每一列代表不同的缓存统计指标。这些指标从左到右依次表示：

TOTAL ，表示总的 I/O 次数;

MISSES ，表示缓存未命中的次数;

HITS ，表示缓存命中的次数;

DIRTIES， 表示新增到缓存中的脏页数;

BUFFERS_MB 表示 Buffers 的大小，以 MB 为单位;

CACHED_MB 表示 Cache 的大小，以 MB 为单位。

接下来我们再来看一个 cachetop 的运行界面：

$ 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%

它的输出跟 top 类似，默认按照缓存的命中次数(HITS)排序，展示了每个进程的缓存命中情况。具体到每一个指标，这里的 HITS、MISSES和DIRTIES ，跟 cachestat 里的含义一样，分别代表间隔时间内的缓存命中次数、未命中次数以及新增到缓存中的脏页数。

而 READ_HIT 和 WRITE_HIT ，分别表示读和写的缓存命中率。

指定文件的缓存大小除了缓存的命中率外，还有一个指标你可能也会很感兴趣，那就是指定文件在内存中的缓存大小。你可以使用 pcstat 这个工具，来查看文件在内存中的缓存大小以及缓存比例。

pcstat 是一个基于 Go 语言开发的工具，所以安装它之前，你首先应该安装 Go 语言;

安装完 Go 语言，再运行下面的命令安装 pcstat：

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

全部安装完成后，你就可以运行 pcstat 来查看文件的缓存情况了。比如，下面就是一个 pcstat 运行的示例，它展示了 /bin/ls 这个文件的缓存情况：

$ pcstat /bin/ls+---------+----------------+------------+-----------+---------+| Name | Size (bytes) | Pages | Cached | Percent ||---------+----------------+------------+-----------+---------|| /bin/ls | 133792 | 33 | 0 | 000.000 |+---------+----------------+------------+-----------+---------+这个输出中，Cached 就是 /bin/ls 在缓存中的大小，而 Percent 则是缓存的百分比。你看到它们都是 0，这说明 /bin/ls 并不在缓存中。

接着，如果你执行一下 ls 命令，再运行相同的命令来查看的话，就会发现 /bin/ls 都在缓存中了：

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