解析Linux系统的平均负载概念

一、什么是系统平均负载(Load average)？在Linux系统中，uptime、w、top等命令都会有系统平均负载load average的输出，那么什么是系统平均负载呢？

系统平均负载被定义为在特定时间间隔内运行队列中的平均进程树。如果一个进程满足以下条件则其就会位于运行队列中：

- 它没有在等待I/O操作的结果

- 它没有主动进入等待状态(也就是没有调用'wait')

- 没有被停止(例如：等待终止)

例如：

复制代码代码如下:

[root@opendigest root]# uptime

7:51pm up 2 days, 5:43, 2 users, load average: 8.13, 5.90, 4.94

命令输出的最后内容表示在过去的1、5、15分钟内运行队列中的平均进程数量。

一般来说只要每个CPU的当前活动进程数不大于3那么系统的性能就是良好的，如果每个CPU的任务数大于5，那么就表示这台机器的性能有严重问题。对于上面的例子来说，假设系统有两个CPU，那么其每个CPU的当前任务数为：8.13/2=4.065。这表示该系统的性能是可以接受的。

二、Load average的算法    上面的输出数据是每隔5秒钟检查一次活跃的进程数，然后根据这个数值算出来的。如果这个数除以CPU的数目，结果高于5的时候就表明系统在超负荷运转了。其算法(摘自Linux 2.4的内核代码)如下：

文件: include/linux/sched.h:

复制代码代码如下:

#define FSHIFT 11 /* nr of bits of precision */

#define FIXED_1 (1

#define EXP_1 1884 /* 1/exp(5sec/1min) as fixed-point, 2048/pow(exp(1), 5.0/60) */

#define EXP_5 2014 /* 1/exp(5sec/5min), 2048/pow(exp(1), 5.0/300) */

#define EXP_15 2037 /* 1/exp(5sec/15min), 2048/pow(exp(1), 5.0/900) */

#define CALC_LOAD(load,exp,n) \

load *= exp; \

load += n*(FIXED_1-exp); \

load >>= FSHIFT;

文件: kernel/timer.c:

复制代码代码如下:

unsigned long avenrun[3];

static inline void calc_load(unsigned long ticks)

{

unsigned long active_tasks; /* fixed-point */

static int count = LOAD_FREQ;

count -= ticks;

if (count < 0) {

count += LOAD_FREQ;

active_tasks = count_active_tasks();

CALC_LOAD(avenrun[0], EXP_1, active_tasks);

CALC_LOAD(avenrun[1], EXP_5, active_tasks);

CALC_LOAD(avenrun[2], EXP_15, active_tasks);

}

}

文件: fs/proc/proc_misc.c:

复制代码代码如下:

#define LOAD_INT(x) ((x) >> FSHIFT)

#define LOAD_FRAC(x) LOAD_INT(((x) & (FIXED_1-1)) * 100)

static int loadavg_read_proc(char *page, char **start, off_t off,

int count, int *eof, void *data)

{

int a, b, c;

int len;

a = avenrun[0] + (FIXED_1/200);

b = avenrun[1] + (FIXED_1/200);

c = avenrun[2] + (FIXED_1/200);

len = sprintf(page,"%d.%02d %d.%02d %d.%02d %ld/%d %d\n",

LOAD_INT(a), LOAD_FRAC(a),

LOAD_INT(b), LOAD_FRAC(b),

LOAD_INT(c), LOAD_FRAC(c),

nr_running(), nr_threads, last_pid);

return proc_calc_metrics(page, start, off, count, eof, len);

}

三、/proc/loadavg 各项数据的含义/proc文件系统是一个虚拟的文件系统，不占用磁盘空间，它反映了当前操作系统在内存中的运行情况，查看/proc下的文件可以聊寄到系统的运行状态。查看系统平均负载使用“cat /proc/loadavg”命令，输出结果如下：

0.27 0.36 0.37 4/83 4828/

前三个数字大家都知道，是1、5、15分钟内的平均进程数(有人认为是系统负荷的百分比，其实不然，有些时候可以看到200甚至更多)。后面两个呢，一个的分子是正在运行的进程数，分母是进程总数；另一个是最近运行的进程ID号。

四、查看系统平均负载的常用命令1、

复制代码代码如下:

cat /proc/loadavg

2、uptime

名称： uptime

使用权限： 所有使用者

使用方式： uptime [-V]

说明： uptime 提供使用者下面的资讯，不需其他参数：

现在的时间 系统开机运转到现在经过的时间 连线的使用者数量 最近一分钟，五分钟和十五分钟的系统负载

参数： -V 显示版本资讯。

范例： uptime

其结果为：

复制代码代码如下:

10:41am up 5 days, 10 min, 1 users, load average: 0.00, 0.00, 1.99

3、w

功能说明：显示目前登入系统的用户信息。

语　　法：w [-fhlsuV][用户名称]

补充说明：执行这项指令可得知目前登入系统的用户有那些人，以及他们正在执行的程序。单独执行w

指令会显示所有的用户，您也可指定用户名称，仅显示某位用户的相关信息。

参　　数：

-f 　开启或关闭显示用户从何处登入系统。

-h 　不显示各栏位的标题信息列。

-l 　使用详细格式列表，此为预设值。

-s 　使用简洁格式列表，不显示用户登入时间，终端机阶段作业和程序所耗费的CPU时间。

-u 　忽略执行程序的名称，以及该程序耗费CPU时间的信息。

-V 　显示版本信息。

4、top

功能说明：显示，管理执行中的程序。

语　　法：top [bciqsS][d ][n ]

补充说明：执行top指令可显示目前正在系统中执行的程序，并通过它所提供的互动式界面，用热键加以管理。

参　　数：

b 　使用批处理模式。

c 　列出程序时，显示每个程序的完整指令，包括指令名称，路径和参数等相关信息。

d 　设置top监控程序执行状况的间隔时间，单位以秒计算。

i 　执行top指令时，忽略闲置或是已成为Zombie的程序。

n 　设置监控信息的更新次数。

q 　持续监控程序执行的状况。

s 　使用保密模式，消除互动模式下的潜在危机。

S 　使用累计模式，其效果类似ps指令的"-S"参数。

5、tload

功能说明：显示系统负载状况。

语　　法：tload [-V][-d ][-s ][终端机编号]

补充说明：tload指令使用ASCII字符简单地以文字模式显示系统负载状态。假设不给予终端机编号，则会在执行tload指令的终端机显示负载情形。

参　　数：

-d 　设置tload检测系统负载的间隔时间，单位以秒计算。

-s 　设置图表的垂直刻度大小，单位以列计算。

-V 　显示版本信息。

四、系统平均负载-进阶解释为了更好地理解系统负载，我们用交通流量来做类比。

1、单核CPU - 单车道 - 数字在0.00-1.00之间正常

路况管理员会告知司机，如果前面比较拥堵，那司机就要等待，如果前面一路畅通，那么司机就可以驾车直接开过。

具体来说：

0.00-1.00 之间的数字表示此时路况非常良好，没有拥堵，车辆可以毫无阻碍地通过。

1.00 表示道路还算正常，但有可能会恶化并造成拥堵。此时系统已经没有多余的资源了，管理员需要进行优化。

1.00-*** 表示路况不太好了，如果到达2.00表示有桥上车辆一倍数目的车辆正在等待。这种情况你必须进行检查了。

2、多核CPU - 多车道 - 数字/CPU核数 在0.00-1.00之间正常

多核CPU的话，满负荷状态的数字为 "1.00 * CPU核数"，即双核CPU为2.00，四核CPU为4.00。

3、安全的系统平均负载

作者认为单核负载在0.7以下是安全的，超过0.7就需要进行优化了。

4、应该看哪一个数字，1分钟，5分钟还是15分钟？

作者认为看5分钟和15分钟的比较好，即后面2个数字。

5、怎样知道我的CPU是几核呢？

使用以下命令可以直接获得CPU核心数目

复制代码代码如下:

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

结论

取得CPU核心数目N，观察后面2个数字，用数字/N，如果得到的值小于0.7即可无忧。相关阅读:

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