浅谈linux中平均负载LoadAverage

首先我们先来看下什么是系统负载。系统负载(SystemLoad)是系统CPU繁忙程度的度量,即有多少进程在等待被CPU调度(进程等待队列的长度)。
那么什么是平均负载呢?

简单来说,平均负载是指单位时间内,系统处于可运行状态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 使用率并没有必然关系。那么什么可运行状态和不可中断状态呢?

所谓可运行状态的进程,是指正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的进程,也就是我们常用 ps 命令看到的,处于 R 状态(Running 或 Runnable)的进程。

不可中断状态的进程则是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,比如最常见的是等待硬件设备的 I/O 响应,也就是我们在 ps 命令中看到的 D 状态(Uninterruptible Sleep,也称为 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,这个时候的进程就处于不可中断状态。如果此时的进程被打断了,就容易出现磁盘数据与进程数据不一致的问题。所以,我们可以理解为,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。

在linux系统中,我们常用top或uptime来查看当前系统负载情况,如下:

$ uptime
12:35:36 up 3 days, 10:19,  1 user,  load average: 0.58, 0.87, 0.86

各个数据的含义如下:

12:35:36              // 当前时间
up 3 days, 10:19      // 系统运行时间
1 user                // 正在登录用户数
0.58				   // 系统最近1分钟的平均负载
0.87                  // 系统最近5分钟的平均负载
0.86                  // 系统最近15分钟的平均负载

那么平均负载什么时候最优呢?那就是平均负载等于你的CPU个数的时候,大家可通过如下命令查看自己的CPU个数。

$ grep 'physical id' /proc/cpuinfo | sort -u
physical id	: 0
physical id	: 1

平均负载过高,一般是由三种原因造成的:

  1. CPU 密集型进程,使用大量 CPU 会导致平均负载升高。此时CPU使用率会比较高。
  2. I/O 密集型进程,等待 I/O 也会导致平均负载升高,注意,此时的CPU 使用率不一定很高。
  3. 大量等待 CPU 的进程调度也会导致平均负载升高,此时的 CPU 使用率也会比较高。
    我们可以通过mpstat , pidstat 等命令来分析和排查,具体是哪类原因导致的。
# -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

# 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

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