怎么理解平均负载

Dear 丶 2022-04-24 07:56 261阅读 0赞

# uptime查看系统负载 #

$ uptime
    17:43  up 13 days,  6:02, 2 users, load averages: 2.72 1.85 1.79
    
    17:43 // 当前时间
    up 13 days, 6:02 // 系统运行时间
    2 users // 正在登陆的用户
    
    最后三个数据：1分钟、5分钟、15分钟的平均负载

# 平均负载 #

### 平均负载的含义 ###

平均负载是指单位时间内，系统处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数，也就是平均活跃进程数，它和CPU使用率没有直接关系。

*  可运行状态对的进程。正在使用CPU或者正在等待CPU的进程，也是常用ps命令看到处于R状态（Running或Runnable）进程
 *  不可中断的进程。正处于内核态关键流程中的进程，并且这些流程是不可打断的，比如最常见的等待硬件设备的I/O响应。也是我们在ps命令中看到的D状态（Uniterruptible Sleep，也成为Disk Sleep）的进程

比如：当一个进程向磁盘读写数据时，为了保证数据的一致性，在得到磁盘回复前，它是不能被其他进程或者中断打断的，这个进程就处于不可中断状态。如果此时进程被打断了，就容易出现磁盘数据和进程数据不一致的问题。  
所以，不可中断状态实际上是系统对进程和硬件设备的一种保护机制

### 总结 ###

简单理解，平均负载其实就是平均活跃进程数。平均活跃进程数，直观上理解就是单位时间内的活跃进程数，但它实际上是活跃进程数的指数衰减平均值。“指数衰减平均值”是系统一种更快速的计算方式，可以直接当成活跃进程数的平均值就可以。

### 举例说明 ###

既然平均的是活跃进程数，最理想的，就是CPU上都刚好运行一个进程，每个CPU都得到了充分利用。当平均负载为2时，意味着什么？

*  在只有2个CPU的系统上，意味着所有的CPU都刚好被完全占用
 *  在4个CPU系统上，意味着CPU有 50%的空闲
 *  在只有1个CPU的系统上，以为则有一半的进程竞争不到CPU

### 平均负载为多少时合理 ###

平均负载最理性的情况等于CPU个数。所以评判平均负载时，首先要知道系统有几个CPU，可以通过top命令或者从文件/proc/cpuinfo中读取：

$ grep 'model name’ /proc/cpuinfo |wc -l

### 系统的负载趋势 ###

三个不同时间间隔的平均值，提供了系统负载情况的发展趋势

*  如果1分钟、5分钟、15分钟的三个值进本形同，或者性差不大，说明系统负载很平稳
 *  如果1分钟的值远小于15分钟的值，说明系统最近一分钟的负载在减少，而过去15分钟内的负载却很大；反之亦然  
    如果1分钟的平均负载接近或超过CPU的个数，意味着新正在发上裹在问题，需要分析哪里导致的问题并优化。  
    当平均负载高于CPU数量70%的时候，应该分析排查负载高的问题。一旦负载过高，就可能导致进程响应变慢，进而影响服务的正常功能。

### 平均负载与CPU使用率 ###

既然平均敷在代表是活跃进程数，那平均负载高了，就意味着CPU使用率高吗？  
平均负载的含义是指单位时间内，处于可运行状态和不可中断状态的进程数。所以它不仅包括了正在使用的CPU今晨个，还包括等待CPU和等待I/O的进程。  
CPU使用率是单位时间内CPU繁忙情况的统计，跟平均负载并不一定完全对应：

*  CPU密集型进程，使用大量CPU会导致平均负载升高，此时两者是一致的；
 *  I/O密集型进程，等待I/O也会导致平均负载升高，但CPU使用率不一定很高
 *  大量等待CPU的进程调度也会导致平均负载升高，此时CPU使用率也会比较高

### 常用观察工具使用 ###

uptime：观察平均负载变化  
mpstat：常用的多核CPU性能分析工具，用来实时查看每个CPU的性能指标，以及所有CPU的平均指标  
pidstat：常用的进程性能分析工具，用来实时查看进程的CPU、内存、I/O以及上下文切换等性能指标  
使用方式：

# -d 参数表示高亮显示变化区域
    	$ watch -d uptime

# -P ALL 表示监控所有 CPU，后面数字 5 表示间隔 5 秒后输出一组数据
        $ mpstat -P ALL 5
        Linux 4.15.0 (ubuntu) 09/22/18 _x86_64_ (2 CPU)
        13:30:06     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
        13:30:11     all   50.05    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   49.95
        13:30:11       0    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
        13:30:11       1  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
        
        # %usr:用户空间CPU占比
        # %sys:系统调用CPU占比
        # %iowait：io等待CPU占比

# 间隔 5 秒后输出一组数据
        $ pidstat -u 5 1
        13:37:07      UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
        13:37:12        0      2962  100.00    0.00    0.00    0.00  100.00     1  stress