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解析Linux系统的平均负载概念

作者:佚名 来源:网络整理 2016-1-7

   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:

  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:

  代码如下:

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

  #define FIXED_1 (1<#define LOAD_FREQ (5*HZ) /* 5 sec intervals */

  #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:

  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:

  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、

  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:

  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 <间隔秒数>][n <执行次数>]

  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<间隔秒数>  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<执行次数>  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 <间隔秒数>][-s <刻度大小>][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<间隔秒数>  设置tload检测系统负载的间隔时间,单位以秒计算。

  -s<刻度大小>  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。

2015123103450043.png (418×173)

  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

2015123103521166.png (478×65)

  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。

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