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如何理解和分析linux系统的CPU平均负载率(load average)

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一、如何理解CPU负载率

CPU负载率指的是一段时间内正在使用和等待使用CPU的平均任务数。

请注意:它与CPU利用率不是同一个概念。CPU使用率指的是CPU运行所有程序的耗时占所有时间的比例。举个简单例子,在单处理器中,线程1先工作10ms,线程2再工作30ms,之后CPU空闲60ms。则此100ms时间段内,CPU的利用率就是40%。CPU使用率反映的是当前CPU的繁忙程度;

CPU利用率高,并不意味着CPU负载率就一定大。举例来说:如果我有一个程序它需要一直使用CPU的运算功能,那么此时CPU的使用率可能达到100%,但是CPU的负载率则是趋近于“1”,因为CPU仅负责一个工作嘛!如果同时执行这样的程序两个呢?CPU的使用率还是100%,但是负载率则变成2了。所以也就是说,当CPU的工作负载越大,代表CPU必须要在不同的工作之间进行频繁的工作切换。

以上分析可以看出,一台机器很有可能处于低使用率、高负载率的情况,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。

可能上面的解释不是很直观,没怎么听懂。下面利用一个网上通用的比喻来形容一下【原文参见https://scoutapm.com/blog/understanding-load-averages】,便于大家理解。

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,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。

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。

二、如何查看CPU负载率

首先要看下系统的CPU核心总数,这是前提,单核CPU与多核CPU的负载率标准是完全不一样的。使用以下命令查看CPU核心数:

leon@Ubuntu:~$ grep -c 'model name' /proc/cpuinfo
6

然后就可以查看CPU的负载情况了。直接使用uptime命令就可以看到了:

leon@Ubuntu:~$ uptime
 20:21:34 up 11:30,  1 user,  load average: 0.00, 0.00, 0.00

当然,也可以使用下面的top命令进行更加详细的分析:

leon@Ubuntu:~$ top

top - 20:47:24 up 11:56,  1 user,  load average: 0.00, 0.00, 0.00
Tasks: 198 total,   1 running, 144 sleeping,   0 stopped,   1 zombie
%Cpu(s):  0.2 us,  0.1 sy,  0.0 ni, 98.2 id,  1.5 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem :  3072672 total,  2074460 free,   553804 used,   444408 buff/cache
KiB Swap:   998396 total,   839408 free,   158988 used.  2317720 avail Mem 

  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND     
  906 root      20   0  585180 100336  18024 S   1.3  3.3   3:12.98 Xorg        
 2404 leon      20   0 1369504  85028  41244 S   1.0  2.8   4:24.27 compiz      
 2620 leon      20   0  617872  31252  20524 S   0.7  1.0   0:08.99 gnome-term+ 
 2122 leon      20   0  403148   1192    816 S   0.3  0.0   0:00.83 indicator-+ 
    1 root      20   0  185220   3916   2464 S   0.0  0.1   0:02.59 systemd     
    2 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.01 kthreadd    
    4 root       0 -20       0      0      0 I   0.0  0.0   0:00.00 kworker/0:+ 
    6 root       0 -20       0      0      0 I   0.0  0.0   0:00.00 mm_percpu_+ 
    7 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.16 ksoftirqd/0 
    8 root      20   0       0      0      0 I   0.0  0.0   0:06.05 rcu_sched   
    9 root      20   0       0      0      0 I   0.0  0.0   0:00.00 rcu_bh      
   10 root      rt   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.00 migration/0 
   11 root      rt   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.15 watchdog/0  
   12 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.00 cpuhp/0     
   13 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.00 cpuhp/1     
   14 root      rt   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.13 watchdog/1  
   15 root      rt   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.00 migration/1

可以看到,"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。那么,我们应该参考哪个值?

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(指的是调整CPU核心数之后的相对值),表明问题持续存在,不是暂时现象。所以,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。

三、如何分析CPU负载率

拿单核CPU来举例,根据网上的经验值,一般将分水岭设成0.7。经验法则是这样的:

  • 当系统负荷持续大于0.7,表明系统有点忙了,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,表明系统很忙了,你必须动手寻找解决办法,想办法把这个值降下来。

  • 当系统负荷持续大于2.0,表明系统非常非常忙了,甚至影响到正常的功能了,你得赶紧处理了;

  • 当系统负荷持续达到5.0,就表明你的系统有极其严重的问题,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。


转载:https://blog.csdn.net/LEON1741/article/details/101225374
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