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解析Linux系統的平均負載概念

一、什么是系統平均負載(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，那么什么是系統平均負載呢？
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于運行隊列中：
　　- 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：

復制代碼

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

　　命令輸出的最后內容表示在過去的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于3那么系統的性能就是良好的，如果每個CPU的任務數大于5，那么就表示這臺機器的性能有嚴重問題。對于上面的例子來說，假設系統有兩個CPU，那么其每個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，然后根據這個數值算出來的。如果這個數除以CPU的數目，結果高于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:

復制代碼

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:

復制代碼

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:

復制代碼

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）。后面兩個呢，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、

復制代碼

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：

復制代碼

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，并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，忽略閑置或是已成為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，那么司機就可以駕車直接開過。