Linux系统负载监控与服务管理实战笔记

Linux系统负载监控与服务管理实战笔记

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本文基于CentOS 7系统，梳理了系统负载监控、stress压力测试、systemd服务管理以及OpenSSH服务配置的实战知识点，适合运维初学者和准备RHCE认证的同学。

一、系统负载基础概念

1.1 什么是系统负载

系统负载平均值：Linux内核以活动请求数的指数移动平均值来表示。

• 活动请求数：不仅包含运行中进程®，还包含等待IO的进程(D)。等待IO包括处于睡眠等待预期磁盘和网络响应的任务。
• 指数移动平均值：是一个数学公式，可以平滑趋势数据的高值和低值，更加准确地表示一段时间内系统负载，并确定系统负载是随着时间增加还是减少。
• 计算频率：根据所有CPU活动请求数，每5秒计算一次Load Average。通过汇总这些值，可以得到最近1分钟，5分钟和15分钟内的指数移动平均值。

1.2 Linux负载的特殊性

• 一些UNIX系统仅考虑CPU使用率或运行队列长度。Linux中负载平均值中还包含了对IO的考量，遇到负载平均值很高但CPU活动很低时，检查磁盘和网络活动。
• Linux将各个物理CPU核心和微处理器超线程计为独立执行单元。每个独立的执行单元拥有独立的请求队列。

二、查看系统负载

2.1 uptime命令

[laoma@centos7 ~]$uptime13:47:10 up5:01,2users, load average:0.00,0.01,0.05

输出解读：

• 13:47:10：当前系统时间
• up 5:01：系统已运行5小时1分钟
• 2 users：当前2个用户登录
• load average: 0.00, 0.01, 0.05：1分钟、5分钟、15分钟的平均负载
  

2.2 lscpu查看CPU信息

[laoma@centos7 ~]$ lscpu Architecture: x86_64 CPU(s):2# cpu数量为2On-line CPU(s)list:0,1Thread(s)per core:1Core(s)per socket:1socket：2

2.3 负载解读实例

假设服务器为4核CPU，负载为2.92, 4.48, 5.20：

判断标准：每核负载理想值为0.75左右，超过1.0表示过载。

2.4 模拟高负载

# 给系统加负载[laoma@centos7 ~]$ md5sum /dev/zero&[1]4912[laoma@centos7 ~]$ md5sum /dev/zero&[2]4913# 等30秒左右查看[laoma@centos7 ~]$uptime13:48:57 up5:03,2users, load average:1.02,0.28,0.13

三、top命令动态监控

3.1 启动top

top

top命令可以动态查看进程信息，包括不同状态任务数量、CPU消耗和内存消耗。

3.2 常用快捷键

—

四、stress压力测试工具

4.1 安装stress

[root@centos7 ~]# yum install -y stress

### 4.2 stress参数说明

-c, --cpu N spawn N workers spinning on sqrt() # CPU压力 -i, --io N spawn N workers spinning on sync() # IO压力 -m, --vm N spawn N workers spinning on malloc()/free() # 内存压力 --vm-bytes B malloc B bytes per vm worker (default is 256MB) -d, --hdd N spawn N workers spinning on write()/unlink() # 磁盘压力 --hdd-bytes B write B bytes per hdd worker (default is 1GB) -t, --timeout N timeout after N seconds # 超时时间

组合测试：CPU + 内存 + 磁盘（结合top命令查看）
stress --cpu 2 --io 1 --vm 1 --vm-bytes 128M --timeout 10s

4.3 CPU压力测试

# 消耗2个CPU[root@centos7 ~]# stress -c 2stress: info:[2595]dispatching hogs:2cpu,0io,0vm,0hdd# top监控效果top-14:18:22 up47min,2users, load average:1.37,0.50,0.47Tasks:187total,4running,183sleeping,0stopped,0zombie %Cpu(s):100.0 us,0.0sy,0.0ni,0.0id,0.0wa,0.0hi,0.0si,0.0st PIDUSERPR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND2596root20073121000R100.00.01:01.42 stress2597root20073121000R100.00.01:01.25 stress

4.4 内存压力测试

# 消耗前内存[root@centos7 ~]# free -mtotal usedfreeshared buff/cache available Mem:393147815001419523201Swap:396703967# 消耗1G内存[root@centos7 ~]# stress -m 1 --vm-bytes 1Gstress: info:[2623]dispatching hogs:0cpu,0io,1vm,0hdd# 消耗后内存[root@centos7 ~]# free -mtotal usedfreeshared buff/cache available Mem:393114035751419522274Swap:396703967

4.5 磁盘压力测试

# 消耗磁盘IO[root@centos7 ~]# stress -d 1 --hdd-bytes 2G# 安装sysstat和iotop[root@centos7 ~]# yum install -y sysstat iotop# 监控磁盘读写速度，重点关注rd_sec/s和wr_sec/s，单位是0.5k/每秒[root@centos7 ~]# sar -dp 114时23分29秒 DEV tps rd_sec/s wr_sec/s avgrq-sz avgqu-sz await svctm %util14时23分30秒 sda2699.000.002762752.001023.626.112.260.2979.5014时23分30秒 centos-root2698.000.002761728.001023.626.112.260.2979.50

4.6 iotop进程级磁盘监控

[root@centos7 ~]# iotopTotal DISK READ:0.00B/s|Total DISK WRITE:51.90M/s Actual DISK READ:0.00B/s|Actual DISK WRITE:62.16M/s TID PRIOUSERDISK READ DISK WRITE>SWAPIN IO COMMAND4573be/4 laoma0.00B/s51.90M/s0.00%96.45% stress-d1--hdd-bytes 2G

提示：左右方向键调整排序列，>代表当前排序列

4.7 网络测试

# 传送一个大size的文件[root@centos7 ~]# wget http://192.168.50.200/course-materials/iso/CentOS-7-x86_64-DVD-2207-02.iso# 监控带宽[root@centos7 ~]# sar -n DEV 114时29分07秒 IFACE rxpck/s txpck/s rxkB/s txkB/s rxcmp/s txcmp/s rxmcst/s14时29分08秒 ens3269961.005404.0096338.71513.950.000.000.00

五、Linux服务管理（systemd）

5.1 systemd简介

CentOS 7使用Systemd引导系统启动，速度最快，所有进程无论有无依赖关系则都是并行启动。

• 服务：从业务角度来称呼，例如web服务，数据库服务
• 守护进程（daemon）：web服务器对外提供web服务，由web相关的进程提供支持

以web服务为例：

• 服务：web服务
• 守护进程：httpd

5.2 systemd架构

• 守护进程：systemd，由守护进程干活
• 工具：systemctl，提供给用户用来跟机器交互的工具

5.3 unit类型

systemctl命令用于管理不同类型的系统对象，这些对象称之为units：

5.4 查看unit列表

# 列出状态为loaded的units[root@centos7 ~]# systemctl list-units# 查看特定类型unit清单[laoma@centos7 ~]$ systemctl list-units-ttimer# 列出类型为service，状态为active和inactive的unit[root@centos7 ~]# systemctl list-units --type service --all# 列出系统中所有unit，包括未loaded的unit[root@centos7 ~]# systemctl list-unit-files# 查看失败的服务[root@centos7 ~]# systemctl --failed --type service

5.5 查看单个unit信息

[laoma@centos7 ~]$ systemctl status sshd.service ● sshd.service - OpenSSH server daemon Loaded: loaded(/usr/lib/systemd/system/sshd.service;enabled;vendor preset: enabled)Active: active(running)since 三2022-11-09 08:45:45 CST;5h 50min ago Docs: man:sshd(8)man:sshd_config(5)Main PID:1167(sshd)Tasks:1CGroup: /system.slice/sshd.service └─1167 /usr/sbin/sshd-D

状态关键字说明：

5.6 控制系统服务

# 停止服务[root@centos7 ~]# systemctl stop sshd.service# 启动服务[root@centos7 ~]# systemctl start sshd.service# 重启服务，相当于stop再start[root@centos7 ~]# systemctl restart sshd.service# 重新加载服务，主进程不会重启，只会重新加载配置文件[root@centos7 ~]# systemctl reload sshd.service# 禁止服务开机自启[root@centos7 ~]# systemctl disable sshd.service[root@centos7 ~]# systemctl is-enabled sshddisabled# 设置服务开机自启[root@centos7 ~]# systemctl enable sshd.service[root@centos7 ~]# systemctl is-enabled sshdenabled# 禁用服务：服务被禁用后，将无法start，因为服务的配置文件指向/dev/null[root@centos7 ~]# systemctl mask sshd.service# 取消禁用[root@centos7 ~]# systemctl unmask sshd.service

六、unit配置文件详解

6.1 配置文件位置

• /etc/systemd/system/unit.service：优先生效，一般是管理员自定义的配置
• /usr/lib/systemd/system/unit.service：其次生效，软件包自带的默认配置

6.2 sshd.service配置文件解析

# 标识该部分为 Unit 配置，用于描述服务的基本信息、依赖关系等。 [Unit] # 服务的描述信息 Description=OpenSSH server daemon # 指定服务的文档路径 Documentation=man:sshd(8) man:sshd_config(5) # 定义服务的启动顺序 After=network.target sshd-keygen.service # 表示sshd服务"希望"sshd-keygen.service运行（但不是强制依赖） Wants=sshd-keygen.service # 标识该部分为 Service 配置 [Service] # 定义服务的类型为notify Type=notify # 指定环境变量文件的路径 EnvironmentFile=/etc/sysconfig/sshd # 服务启动时执行的命令 ExecStart=/usr/sbin/sshd -D $OPTIONS # 服务重载配置时执行的命令 ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID # 定义服务停止时的杀死模式 KillMode=process # 定义服务的重启策略 Restart=on-failure # 服务重启前的等待时间 RestartSec=42s # 标识该部分为 Install 配置 [Install] # 表示当系统启动到multi-user.target时，该服务会被自动启动 WantedBy=multi-user.target

6.3 开发自定义服务示例

步骤1：编写服务主程序

[root@centos7 ~]# vim /usr/local/bin/study

#!/bin/bash# 第一行是shebang，指定使用/bin/bash作为解释器# 启动一个无限循环whiletruedo# 获取当前系统时间DATE=$(date)# 将日志追加到/var/log/study.logecho"$DATE: I'M studying [ Linux ]">>/var/log/study.log# 暂停5秒sleep5# 循环结束done

[root@centos7 ~]# chmod +x /usr/local/bin/study

步骤2：创建服务单元文件

# 参考sshd.service[root@centos7 ~]# cp /usr/lib/systemd/system/sshd.service /etc/systemd/system/studyd.service[root@centos7 ~]# vim /etc/systemd/system/studyd.service

[Unit] Description=study server daemon [Service] ExecStart=/usr/local/bin/study [Install] WantedBy=multi-user.target

步骤3：加载并启动服务

# 通知systemd读取unit变化[root@centos7 ~]# systemctl daemon-reload# 启用并启动服务[root@centos7 ~]# systemctl enable studyd --now# 查看服务状态[root@centos7 ~]# systemctl status studyd● studyd.service - study server daemon Loaded: loaded(/etc/systemd/system/studyd.service;enabled;vendor preset: disabled)Active: active(running)since 五2025-10-3116:28:34 CST;1s ago Main PID:2786(study)Tasks:2CGroup: /system.slice/studyd.service ├─2786 /bin/bash /usr/local/bin/study └─2788sleep5

步骤4：验证日志

[root@centos7 ~]# tail -f /var/log/study.log2025年10月31日 星期五16:28:29 CST: I'M studying [ Linux ] 2025年 10月 31日 星期五 16:28:34 CST: I'M studying[Linux]2025年10月31日 星期五16:28:39 CST: I'M studying[Linux]......

七、OpenSSH服务管理

7.1 环境准备

准备两台虚拟机：

• server虚拟机，IP地址为10.1.8.10/24
• client虚拟机，IP地址为10.1.8.11/24

设置主机名称和名称解析（以client为例）：

# 永久设置主机名[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname client.laoma.cloud# 临时设置[root@localhost ~]# hostname client.laoma.cloud# 验证[root@client ~]# bash# 准备名称解析[root@client ~]# echo "10.1.8.10 server.laoma.cloud server10.1.8.11 client.laoma.cloud client">>/etc/hosts

7.2 SSH介绍

SSH全称是Secure Shell，SSH协议是基于应用层的协议，为远程登录会话和其他网络服务提供安全性的协议。

实现此功能的传统方式（telnet、rcp、ftp、rlogin、rsh）都是极为不安全的，会使用明文传送密码。OpenSSH提供了服务端后台程序和客户端工具，用来加密远程控件和文件传输过程中的数据。

7.3 SSH建立连接的过程

主要分为下面几个阶段：

1. SSH协议版本协商阶段：SSH目前包括SSH1和SSH2两个大版本
2. 密钥和算法协商阶段：SSH支持多种加密算法，双方根据支持的算法进行协商
3. 认证阶段：服务器和客户端互相进行身份验证
4. 会话请求阶段：客户端向服务器端发送会话请求（申请伪终端、端口转发等）
5. 交互会话阶段：服务器端和客户端进行信息的交互

7.4 加密类型

• 对称加密：加密和解密都使用一个钥匙。确保数据的完整性、速度快。
• 非对称加密：一对钥匙。公钥用来加密数据，私钥用来解密数据。确保数据的安全性。

7.5 双向加密过程

SSH协议是基于非对称加密方法的，服务器和客户端都会生成自己的公钥和私钥：

1. 服务器创建密钥对：远程服务器在/etc/ssh目录下生成密钥对，如ssh_host_ecdsa_key.pub（公钥）和ssh_host_ecdsa_key（私钥）。每回启动sshd服务时，系统会自动在此路径下查找公钥。

2. 客户端记录服务器公钥并计算自己的公私钥：客户端将服务器传来的公钥记录在~/.ssh/known_hosts中，然后计算客户端自己的公私钥。

3. 客户端使用服务器的公钥加密自己的公钥并发送给服务器：服务器端拥有客户端公钥+自己私钥，客户端拥有服务器公钥+自己私钥，组成了非对称加密系统。

4. 双向加解密：

   • 服务器发送数据：用客户端公钥加密，客户端收到后用自己私钥解密
   • 客户端发送数据：用服务器公钥加密，服务器收到后用自己私钥解密

7.6 ssh工具使用

方式一：只指定IP或主机名

# 通过IP地址[laoma@client ~]$ssh10.1.8.10 The authenticity ofhost'10.1.8.10 (10.1.8.10)'can't be established. ECDSA key fingerprint is SHA256:... Are you sure you want to continue connecting (yes/no/[fingerprint])? yes laoma@10.1.8.10's password: redhat# 通过主机名称[laoma@client ~]$sshserver

方式二：额外指定用户名

# 指定root用户登录[laoma@client ~]$sshroot@server# 或者[laoma@client ~]$ssh-lroot server

方式三：额外指定命令

# 同时指定用户和命令[laoma@client ~]$sshlaoma@serverhostnamelaoma@server's password: redhat server.laoma.cloud [laoma@client ~]$ ssh root@server 'hostname;id' server.laoma.clouduid=0(root)gid=0(root)组=0(root)

7.7 ssh工具配置文件

• ~/.ssh/config：用户自己的配置，优先级高于全局配置。文件权限不得高于644。
• /etc/ssh/ssh_config：全局配置，应用于所有用户。

[laoma@client ~]$mkdir.ssh[laoma@client ~]$chmod700.ssh[laoma@client ~]$vim~/.ssh/config

Host * StrictHostKeyChecking no User root PreferredAuthentications Pubkey

[laoma@client ~]$chmod600.ssh/config

参数说明：

• **Host ***：匹配所有目标服务器
• StrictHostKeyChecking no：连接目标服务器不校验主机key，直接接受
• User root：连接目标服务器默认使用root账户
• PreferredAuthentications password：连接目标服务器使用密码认证
• IdentityFile：指定私钥位置

权限要求：

[laoma@client ~]$sshserver Bad owner or permissions on /home/laoma/.ssh/config[laoma@client ~]$chmod600.ssh/config

7.8 配置密钥认证

客户端生成密钥对：

[laoma@client ~]$ ssh-keygen Generating public/private rsa key pair.# 私钥保存位置Enterfileinwhichto save the key(/home/laoma/.ssh/id_rsa): 回车# 私钥加密密码，回车表示不加密Enter passphrase(emptyforno passphrase): 回车 Enter same passphrase again: 回车 Your identification has been savedin/home/laoma/.ssh/id_rsa. Your public key has been savedin/home/laoma/.ssh/id_rsa.pub.

推送公钥到服务器：

[laoma@client ~]$ ssh-copy-id laoma@server

验证免密登录：

[laoma@client ~]$sshlaoma@serverhostnameserver.laoma.cloud

（切记记得把公钥推给root用户才可以免密返回）
推送公钥的本质：将公钥内容保存到目标服务器目标用户家目录下.ssh/authorized_keys中。

以非交互方式生成密钥对：

[laoma@client ~]$ ssh-keygen-trsa-N''-fid_rsa_new

其他选项：

# -i 指定私钥位置[laoma@client ~]$ssh-i/tmp/id_rsa root@serverhostname# -p 选项指定目标服务器sshd服务端口号，默认22[laoma@client ~]$ssh-lroot-p1022serverhostname

7.9 密钥认证排故

故障现象：配置密钥登录后，远程登录仍需要输入密码。

模拟故障：将目标主机上目标用户的家目录权限改为777。

[root@server ~]# chmod 777 /root

处理过程：

1. 查看日志：

[root@server ~]# tail -f /var/log/secureJul3116:13:41 server sshd[3693]: Authentication refused: bad ownership or modesfordirectory /root

2. 修复权限：

[root@server ~]# ls -ld /rootdrwxrwxrwx.3root root4096Jul3116:09 /root# 更改权限[root@server ~]# chmod 700 /root

7.10 加固SSH服务

编辑/etc/ssh/sshd_config：

1. 禁止root密码登录

[root@server ~]# vim /etc/ssh/sshd_config#PermitRootLogin yes# 添加一行PermitRootLogin prohibit-password[root@server ~]# systemctl reload sshd

测试：即使使用正确的密码，也无法远程登录。如果配置了秘钥登录，则需要使用选项强制密码认证：

[laoma@client ~]$ssh-oPreferredAuthentications=password root@server

2. 禁止root登录

[root@server ~]# vim /etc/ssh/sshd_configPermitRootLogin no[root@server ~]# systemctl reload sshd

测试：不管是密码还是秘钥都无法登录root。但可以使用普通用户登录，然后提权为root：

[laoma@client ~]$sshlaoma@server[laoma@server ~]$su-[root@server ~]#

3. 禁止密码登录

[root@server ~]# vim /etc/ssh/sshd_config#PasswordAuthentication yesPasswordAuthentication no[root@server ~]# systemctl reload sshd

测试：

# laoma账户未配置密钥登录，直接拒绝[laoma@client ~]$ssh-oPreferredAuthentications=password laoma@server Permission denied(publickey,gssapi-keyex,gssapi-with-mic).# 秘钥登录，仍然支持[laoma@client ~]$sshlaoma@server

4. 只允许特定用户登录

# 准备laowang用户[root@server ~]# useradd laowang[root@server ~]# echo 123 | passwd --stdin laowang[root@server ~]# mkdir -m 700 /home/laowang/.ssh/[root@server ~]# cp .ssh/authorized_keys /home/laowang/.ssh/[root@server ~]# chown -R laowang:laowang /home/laowang/.ssh/# 配置sshd[root@server ~]# vim /etc/ssh/sshd_configAllowUsers lhy[root@server ~]# systemctl reload sshd

测试：

# laowang cannot log in[laoma@client ~]$sshlaowang@serverhostnamePermission denied(publickey,gssapi-keyex,gssapi-with-mic).# laoma can log in[laoma@client ~]$sshlaoma@serverhostnameserver.laoma.cloud

八、监控总结

以下是针对Linux系统监控的几条实用建议：

1. 核心指标实时监控：重点跟踪CPU使用率（用户态/系统态占比）、内存占用（含缓存/swap使用率）、磁盘I/O（读写吞吐量、IOPS）和网络流量（带宽利用率、连接数）。可通过top/htop（实时）、vmstat/iostat（系统级）等工具快速查看。

2. 部署专业监控工具：对于服务器集群或长期监控需求，建议使用Prometheus + Grafana（可视化强）、Zabbix（全功能监控）或Nagios（轻量告警）等工具。

3. 设置关键阈值告警：针对核心指标配置告警阈值（如CPU持续5分钟超80%、磁盘空间不足10%），通过邮件、短信或即时通讯工具推送告警。

4. 监控进程与服务状态：定期检查关键服务（如Nginx、MySQL）的运行状态、进程数及资源消耗，可通过systemctl status或自定义脚本实现。

5. 日志集中管理与分析：将系统日志（/var/log/messages）、应用日志集中存储（如使用ELK栈），关注错误信息（ERROR级别）、登录异常（/var/log/secure）和磁盘错误（dmesg | grep error）。

6. 磁盘健康监控：除空间使用率外，需关注磁盘坏块（smartctl工具检测S.M.A.R.T信息）和文件系统完整性（定期运行fsck）。

7. 网络与安全监控：监控端口开放状态（netstat/ss）、异常连接（尤其是外部IP的高频访问）和防火墙规则生效情况。可结合tcpdump抓包分析可疑流量。

8. 定期性能基线分析：记录系统正常运行时的指标基线（如平均负载、内存使用峰值），当指标偏离基线时及时排查。

9. 自动化监控脚本：对个性化需求（如特定目录文件数、应用响应时间），编写Shell或Python脚本定期执行检查。

10. 监控权限与安全：限制监控工具的权限（如仅授予读取日志和指标的权限），加密传输监控数据，防止监控系统本身成为安全薄弱点。

课后练习

1. 使用stress工具对系统进行CPU、内存、磁盘压力测试，并使用top、sar、iotop进行监控。
2. 编写一个自定义systemd服务，实现定时记录日志功能。
3. 配置SSH密钥认证，实现免密登录。
4. 加固SSH服务：禁止root登录、禁止密码登录、只允许特定用户登录。

本文是课堂笔记整理，如有错误欢迎指正交流！

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