Performance-Diagnose im macOS-Terminal: top, vm_stat, memory_pressure, fs_usage und powermetrics

Worum es geht

macOS enthält eine Reihe von Kommandozeilenwerkzeugen aus BSD-Tradition sowie Apple-eigene Tools, die zusammen einen grossen Teil dessen abdecken, was top/vmstat/iostat/strace unter Linux leisten – mit anderen Namen und anderer Ausgabe.

• top -o cpu sortiert die periodisch aktualisierte Prozessliste nach CPU-Auslastung statt nach der Standardreihenfolge pid. Das Manual beschreibt top als Werkzeug, das periodisch eine sortierte Liste der Systemprozesse anzeigt.
• vm_stat [interval] zeigt Statistiken zum virtuellen Mach-Speicher an. Mit Intervall werden die Änderungen pro Periode angezeigt statt nur die Summen seit dem Systemstart.
• memory_pressure ist dokumentiert als Werkzeug, um echten Speicherdruck auf das System auszuüben oder zu simulieren: -l und -p belegen echten Speicher, -S simuliert eine Druckstufe. Ohne Argumente gibt es unter aktuellem macOS stattdessen Speicherstatistiken und einen systemweiten Prozentwert für freien Speicher aus. Dieser Modus ist im Manual nicht dokumentiert, daher ist das Ausgabeformat als instabil zu betrachten.
• iostat zeigt Kernel-I/O-Statistiken zu Terminal-, Geräte- und CPU-Operationen an, gemittelt über die Systemlaufzeit, sofern kein Wiederholintervall angegeben ist.
• fs_usage zeigt fortlaufend die Systemaufruf-Aktivität für Dateisystemoperationen an. Laut Manual erfordert es root-Rechte, weil es die Kernel-Tracing-Funktion nutzt.
• powermetrics sammelt und zeigt CPU-Nutzungsstatistiken, aufgeteilt in User- und Supervisor-Zeit, zusammen mit Informationen zu Interrupts und Package-Idle. Es muss als root ausgeführt werden, tastet standardmässig alle 5 Sekunden ab und läuft bis zum Abbruch, sofern nicht -n eine Anzahl an Samples festlegt.
• sample <pid> [duration] hält den Zielprozess in kurzen, wiederholten Abständen an, zeichnet jedes Mal den Call Stack aller Threads auf und setzt den Prozess dann fort (Standard: alle 1 ms über 10 Sekunden). Das ist eine leichtgewichtige Alternative zu einem vollständigen Profiler, die ohne Build-Schritt auskommt. Für Prozesse anderer Benutzer ist sudo nötig, und durch System Integrity Protection geschützte Systemprozesse lassen sich auch dann unter Umständen nicht samplen.

Warum es wichtig ist

Keines dieser Werkzeuge ist eine blosse Umbenennung seines Linux-Pendants: iostat unter macOS liefert deutlich weniger Felder pro Gerät als die Linux-Version von sysstat. Die seitenbasierten Einheiten von vm_stat müssen für Bytewerte mit der im Header ausgegebenen Seitengrösse multipliziert werden (16 KB bei Apple Silicon, 4 KB bei Intel-Macs). Und fs_usage wie powermetrics brauchen erhöhte Rechte, weil sie Kernel-Tracing- und Energieverwaltungsfunktionen auslesen, deren Zugriff absichtlich beschränkt ist.

So wird es angewendet

• Zuerst breit mit top -o cpu (oder -o mem) den verantwortlichen Prozess finden und erst dann eingrenzen.
• vm_stat 1 verwenden, um Page-in-/Page-out-Raten live zu beobachten, statt einen einzelnen statischen Schnappschuss zu lesen.
• memory_pressure zunächst ohne Argumente ausführen; -l, -p oder -S nur gezielt einsetzen, da das Erzeugen oder Simulieren von Speicherdruck das System während der Laufzeit beeinträchtigen kann.
• Für eine schnelle Antwort auf die Frage, was ein Prozess gerade tut, sample <pid> 10 verwenden, bevor ein aufwendigerer Profiler eingerichtet wird.
• sudo fs_usage -w <process-name> auf einen einzelnen Prozess eingegrenzt ausführen; ungefiltert ist die systemweite Ausgabe sehr umfangreich.
• powermetrics begrenzen, zum Beispiel mit sudo powermetrics -n 1 -i 1000 für ein einzelnes Sample von einer Sekunde.

Stolpersteine

• fs_usage oder powermetrics ohne erhöhte Rechte ausführen und daraus schliessen, das Werkzeug habe nichts gefunden, obwohl lediglich der Zugriff verweigert wurde.
• Die über die Laufzeit gemittelte erste Zeile von iostat als aktuellen Zustand behandeln, statt auf die zweite, intervallbasierte Zeile zu warten.
• Vergessen, dass sample den Prozess an jedem Abtastpunkt kurz anhält; für einen Prozess mit harten Echtzeitvorgaben ist das ungeeignet.