解析Linux系統的平均負載概念

 　　一、什麼是系統平均負載(Load average)?

　　在Linux系統中，uptime、w、top等命令都會有系統平均負載load average的輸出，那麼什麼是系統平均負載呢?

　　系統平均負載被定義為在特定時間間隔內運行隊列中的平均進程樹。如果一個進程滿足以下條件則其就會位於運行隊列中：

　　- 它沒有在等待I/O操作的結果

　　- 它沒有主動進入等待狀態(也就是沒有調用'wait')

　　- 沒有被停止(例如：等待終止)

　　例如：

　　代碼如下:

　　[root@opendigest root]# uptime

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

　　命令輸出的最後內容表示在過去的1、5、15分鐘內運行隊列中的平均進程數量。

　　一般來說只要每個CPU的當前活動進程數不大於3那麼系統的性能就是良好的，如果每個CPU的任務數大於5，那麼就表示這台機器的性能有嚴重問題。對於上面的例子來說，假設系統有兩個CPU，那麼其每個CPU的當前任務數為：8.13/2=4.065。這表示該系統的性能是可以接受的。

　　二、Load average的算法

　　上面的輸出數據是每隔5秒鐘檢查一次活躍的進程數，然後根據這個數值算出來的。如果這個數除以CPU的數目，結果高於5的時候就表明系統在超負荷運轉了。其算法(摘自Linux 2.4的內核代碼)如下：

　　文件: include/linux/sched.h:

　　代碼如下:

　　#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:

　　代碼如下:

　　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:

　　代碼如下:

　　#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 各項數據的含義

　　/proc文件系統是一個虛擬的文件系統，不占用磁盤空間，它反映了當前操作系統在內存中的運行情況，查看/proc下的文件可以聊寄到系統的運行狀態。查看系統平均負載使用“cat /proc/loadavg”命令，輸出結果如下：

　　0.27 0.36 0.37 4/83 4828/

　　前三個數字大家都知道，是1、5、15分鐘內的平均進程數(有人認為是系統負荷的百分比，其實不然，有些時候可以看到200甚至更多)。後面兩個呢，一個的分子是正在運行的進程數，分母是進程總數;另一個是最近運行的進程ID號。

　　四、查看系統平均負載的常用命令

　　1、

　　代碼如下:

　　cat /proc/loadavg

　　2、uptime

　　名稱： uptime

　　使用權限： 所有使用者

　　使用方式： uptime [-V]

　　說明： uptime 提供使用者下面的資訊，不需其他參數：

　　現在的時間 系統開機運轉到現在經過的時間 連線的使用者數量 最近一分鐘，五分鐘和十五分鐘的系統負載

　　參數： -V 顯示版本資訊。

　　范例： uptime

　　其結果為：

　　代碼如下:

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

　　3、w

　　功能說明：顯示目前登入系統的用戶信息。

　　語　　法：w [-fhlsuV][用戶名稱]

　　補充說明：執行這項指令可得知目前登入系統的用戶有那些人，以及他們正在執行的程序。單獨執行w

　　指令會顯示所有的用戶，您也可指定用戶名稱，僅顯示某位用戶的相關信息。

　　參　　數：

　　-f 　開啟或關閉顯示用戶從何處登入系統。

　　-h 　不顯示各欄位的標題信息列。

　　-l 　使用詳細格式列表，此為預設值。

　　-s 　使用簡潔格式列表，不顯示用戶登入時間，終端機階段作業和程序所耗費的CPU時間。

　　-u 　忽略執行程序的名稱，以及該程序耗費CPU時間的信息。

　　-V 　顯示版本信息。

　　4、top

　　功能說明：顯示，管理執行中的程序。

　　語　　法：top [bciqsS][d <間隔秒數>][n <執行次數>]

　　補充說明：執行top指令可顯示目前正在系統中執行的程序，並通過它所提供的互動式界面，用熱鍵加以管理。

　　參　　數：

　　b 　使用批處理模式。

　　c 　列出程序時，顯示每個程序的完整指令，包括指令名稱，路徑和參數等相關信息。

　　d<間隔秒數> 　設置top監控程序執行狀況的間隔時間，單位以秒計算。

　　i 　執行top指令時，忽略閒置或是已成為Zombie的程序。

　　n<執行次數> 　設置監控信息的更新次數。

　　q 　持續監控程序執行的狀況。

　　s 　使用保密模式，消除互動模式下的潛在危機。

　　S 　使用累計模式，其效果類似ps指令的"-S"參數。

　　5、tload

　　功能說明：顯示系統負載狀況。

　　語　　法：tload [-V][-d <間隔秒數>][-s <刻度大小>][終端機編號]

　　補充說明：tload指令使用ASCII字符簡單地以文字模式顯示系統負載狀態。假設不給予終端機編號，則會在執行tload指令的終端機顯示負載情形。

　　參　　數：

　　-d<間隔秒數> 　設置tload檢測系統負載的間隔時間，單位以秒計算。

　　-s<刻度大小> 　設置圖表的垂直刻度大小，單位以列計算。

　　-V 　顯示版本信息。

　　四、系統平均負載-進階解釋

　　為了更好地理解系統負載，我們用交通流量來做類比。

　　1、單核CPU - 單車道 - 數字在0.00-1.00之間正常

　　路況管理員會告知司機，如果前面比較擁堵，那司機就要等待，如果前面一路暢通，那麼司機就可以駕車直接開過。

　　具體來說：

　　0.00-1.00 之間的數字表示此時路況非常良好，沒有擁堵，車輛可以毫無阻礙地通過。

　　1.00 表示道路還算正常，但有可能會惡化並造成擁堵。此時系統已經沒有多余的資源了，管理員需要進行優化。

　　1.00-*** 表示路況不太好了，如果到達2.00表示有橋上車輛一倍數目的車輛正在等待。這種情況你必須進行檢查了。

　　2、多核CPU - 多車道 - 數字/CPU核數 在0.00-1.00之間正常

　　多核CPU的話，滿負荷狀態的數字為 "1.00 * CPU核數"，即雙核CPU為2.00，四核CPU為4.00。

　　3、安全的系統平均負載

　　作者認為單核負載在0.7以下是安全的，超過0.7就需要進行優化了。

　　4、應該看哪一個數字，1分鐘，5分鐘還是15分鐘?

　　作者認為看5分鐘和15分鐘的比較好，即後面2個數字。

　　5、怎樣知道我的CPU是幾核呢?

　　使用以下命令可以直接獲得CPU核心數目

　　復制代碼

　　代碼如下:

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

　　結論

　　取得CPU核心數目N，觀察後面2個數字，用數字/N，如果得到的值小於0.7即可無憂。