理解CPU负载和CPU使用率

怼烎@ 2022-04-23 11:14 276阅读 0赞

\[root@system\]\# top  
top - 23:39:41 up 8 days,  6:36,  2 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.05  
Tasks:  71 total,   1 running,  70 sleeping,   0 stopped,   0 zombie  
%[Cpu][]**(s)**:  0.0 us,  0.0 sy,  0.0 ni,100.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st  
KiB Mem :  1016168 total,   386208 free,    69620 used,   560340 buff/cache  
KiB Swap:        0 total,        0 free,        0 used.   777376 avail Mem

这两个从一定程度上都可以反映一台机器的繁忙程度.

cpu使用率反映的是当前cpu的繁忙程度，忽高忽低的原因在于占用cpu处理时间的进程可能处于io等待状态但却还未释放进入wait。

平均负载（load average）是指某段时间内占用cpu时间的进程和等待cpu时间的进程数，这里等待cpu时间的进程是指等待被唤醒的进程，不包括处于wait状态进程。

以上分析可以看出，一台机器很有可能处于低cpu使用率高负载的情况，因此看机器的繁忙程度应该结合两者，从实际的使用情况观察，自己的一台双核志强2.8GHZ，2G内存的机器在平均负载到50左右，cpu使用率才接近100%（应用有不少io操作），这种情况下应用还算流畅，实际访问延迟不是很高。因此在cpu还空闲的情况下，如何提高io响应是减少负载的关键，很多人认为负载到几十了机器就非常繁忙了，我倒觉得如果这个时候cpu使用率比较低，则负载高可能不能很好说明问题，一旦cpu处理的进程处理完后，那些等待的进程也能立刻得到响应，这种情况下应该优化io读写速度。真到cpu使用率一直90%以上，即使平均负载只有个位数（比如某一个进程一直在运算），那机器其实也已经繁忙了~

其实，在前面的文章中，也有写到[cpu使用率低负载高，原因分析][cpu] cpu使用率低，但是load很高，load很高的可能是IO

## CPU负载的一个类比 ##

判断系统负荷是否过重，必须理解load average的真正含义。下面，我根据"Understanding Linux CPU Load"这篇文章，尝试用最通俗的语言，解释这个问题。  
首先，假设最简单的情况，你的电脑只有一个CPU，所有的运算都必须由这个CPU来完成。  
那么，我们不妨把这个CPU想象成一座大桥，桥上只有一根车道，所有车辆都必须从这根车道上通过。（很显然，这座桥只能单向通行。）  
系统负荷为0，意味着大桥上一辆车也没有。

系统负荷为0.5，意味着大桥一半的路段有车。

系统负荷为1.0，意味着大桥的所有路段都有车，也就是说大桥已经"满"了。但是必须注意的是，直到此时大桥还是能顺畅通行的。

系统负荷为1.7，意味着车辆太多了，大桥已经被占满了（100%），后面等着上桥的车辆为桥面车辆的70%。[以此类推][Link 1]，系统负荷2.0，意味着等待上桥的车辆与桥面的车辆一样多；系统负荷3.0，意味着等待上桥的车辆是桥面车辆的2倍。总之，当系统负荷大于1，后面的车辆就必须等待了；系统负荷越大，过桥就必须等得越久。

CPU的系统负荷，基本上等同于上面的类比。大桥的通行能力，就是CPU的最大工作量；桥梁上的车辆，就是一个个等待CPU处理的进程（process）。  
如果CPU每分钟最多处理100个进程，那么系统负荷0.2，意味着CPU在这1分钟里只处理20个进程；系统负荷1.0，意味着CPU在这1分钟里正好处理100个进程；系统负荷1.7，意味着除了CPU正在处理的100个进程以外，还有70个进程正排队等着CPU处理。  
为了电脑顺畅运行，系统负荷最好不要超过1.0，这样就没有进程需要等待了，所有进程都能第一时间得到处理。很显然，1.0是一个关键值，超过这个值，系统就不在最佳状态了，你要动手干预了。

## CPU负载-多处理器 ##

上面，我们假设你的电脑只有1个CPU。如果你的电脑装了2个CPU，会发生什么情况呢？  
2个CPU，意味着电脑的处理能力翻了一倍，能够同时处理的进程数量也翻了一倍。  
还是用大桥来类比，两个CPU就意味着大桥有两根车道了，通车能力翻倍了。

所以，2个CPU表明系统负荷可以达到2.0，此时每个CPU都达到100%的工作量。推广开来，n个CPU的电脑，可接受的系统负荷最大为n.0。

## CPU负载-多核处理器 ##

芯片厂商往往在一个CPU内部，包含多个[CPU核心][CPU]，这被称为多核CPU。  
在系统负荷方面，多核CPU与多CPU效果类似，所以考虑系统负荷的时候，必须考虑这台电脑有几个CPU、每个CPU有几个核心。然后，把系统负荷除以总的核心数，只要每个核心的负荷不超过1.0，就表明电脑正常运行。  
怎么知道电脑有多少个CPU核心呢？  
"cat /proc/cpuinfo"命令，可以查看CPU信息。"grep -c 'model name' /proc/cpuinfo"命令，直接返回CPU的总核心数。

## 系统负荷的经验法则 ##

1.0是系统负荷的理想值吗？  
不一定，系统管理员往往会留一点余地，当这个值达到0.7，就应当引起注意了。经验法则是这样的：  
当系统负荷持续大于0.7，你必须开始调查了，问题出在哪里，防止情况恶化。  
当系统负荷持续大于1.0，你必须动手寻找解决办法，把这个值降下来。  
当系统负荷达到5.0，就表明你的系统有很严重的问题，长时间没有响应，或者接近死机了。你不应该让系统达到这个值。

对于我的机器，有24个core，那么，load多少合适呢？

1.  `[root@jiangyi01.sqa.zmf /home/ahao.mah/ALIOS_QA]`
2.  `#grep 'model name' /proc/cpuinfo | wc -l`
3.  `24`

答案是：

1.  `[root@jiangyi01.sqa.zmf /home/ahao.mah/ALIOS_QA]`
2.  `#echo "0.7*24" |bc`
3.  `16.8`

## 最佳观察时长 ##

最后一个问题，"load average"一共返回三个平均值----1分钟系统负荷、5分钟系统负荷，15分钟系统负荷，----应该参考哪个值？  
如果只有1分钟的系统负荷大于1.0，其他两个时间段都小于1.0，这表明只是暂时现象，问题不大。  
如果15分钟内，平均系统负荷大于1.0（调整CPU核心数之后），表明问题持续存在，不是暂时现象。所以，你应该主要观察"15分钟系统负荷"，将它作为电脑正常运行的指标。

## REF ##

[http://blog.scoutapp.com/articles/2009/07/31/understanding-load-averages][http_blog.scoutapp.com_articles_2009_07_31_understanding-load-averages]

[http://share.blog.51cto.com/278008/495067][http_share.blog.51cto.com_278008_495067]

[http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/07/linux\_load\_average\_explained.html][http_www.ruanyifeng.com_blog_2011_07_linux_load_average_explained.html]

muahao@aliyun.com

**补充：**

系统负荷为0，意味着大桥上一辆车也没有。

![bg2011073004.png][]

系统负荷为0.5，意味着大桥一半的路段有车。

![bg2011073005.png][]

系统负荷为1.0，意味着大桥的所有路段都有车，也就是说大桥已经"满"了。但是必须注意的是，直到此时大桥还是能顺畅通行的。

![bg2011073006.png][]

系统负荷为1.7，意味着车辆太多了，大桥已经被占满了（100%），后面等着上桥的车辆为桥面车辆的70%。以此类推，系统负荷2.0，意味着等待上桥的车辆与桥面的车辆一样多；系统负荷3.0，意味着等待上桥的车辆是桥面车辆的2倍。总之，当系统负荷大于1，后面的车辆就必须等待了；系统负荷越大，过桥就必须等得越久。

![bg2011073007.png][]

CPU的系统负荷，基本上等同于上面的类比。大桥的通行能力，就是CPU的最大工作量；**桥梁上的车辆，就是一个个等待CPU处理的进程（process）。**

[Cpu]: https://www.baidu.com/s?wd=Cpu&tn=24004469_oem_dg&rsv_dl=gh_pl_sl_csd
[cpu]: http://www.cnblogs.com/muahao/p/6492541.html
[Link 1]: https://www.baidu.com/s?wd=%E4%BB%A5%E6%AD%A4%E7%B1%BB%E6%8E%A8&tn=24004469_oem_dg&rsv_dl=gh_pl_sl_csd
[CPU]: https://www.baidu.com/s?wd=CPU%E6%A0%B8%E5%BF%83&tn=24004469_oem_dg&rsv_dl=gh_pl_sl_csd
[http_blog.scoutapp.com_articles_2009_07_31_understanding-load-averages]: http://blog.scoutapp.com/articles/2009/07/31/understanding-load-averages
[http_share.blog.51cto.com_278008_495067]: http://share.blog.51cto.com/278008/495067
[http_www.ruanyifeng.com_blog_2011_07_linux_load_average_explained.html]: http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/07/linux_load_average_explained.html
[bg2011073004.png]: http://www.ruanyifeng.com/blogimg/asset/201107/bg2011073004.png
[bg2011073005.png]: http://www.ruanyifeng.com/blogimg/asset/201107/bg2011073005.png
[bg2011073006.png]: http://www.ruanyifeng.com/blogimg/asset/201107/bg2011073006.png
[bg2011073007.png]: http://www.ruanyifeng.com/blogimg/asset/201107/bg2011073007.png