linux下常见的系统问题分析 - 平均负载

Linux下常见的系统问题分析 - 平均负载

平均负载

uptime 或者 w

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$ uptime
 09:47:39 up 1 day, 16:25,  1 user,  load average: 1.04, 0.92, 1.30

简单来说，平均负载是指单位时间内，系统处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数，也就是平均活跃进程数，它和 CPU 使用率并没有直接关系。

所谓可运行状态的进程，是指正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的进程，也就是我们常用 ps 命令看到的，处于 R 状态（Running 或 Runnable）的进程。

不可中断状态的进程则是正处于内核态关键流程中的进程，并且这些流程是不可打断的，比如最常见的是等待硬件设备的 I/O 响应，也就是我们在 ps 命令中看到的 D 状态 （Uninterruptible Sleep，也称为 Disk Sleep）的进程。

比如，当一个进程向磁盘读写数据时，为了保证数据的一致性，在得到磁盘回复前，它是不能被其他进程或者中断打断的，这个时候的进程就处于不可中断状态。如果此时的进程被打断了，就容易出现磁盘数据与进程数据不一致的问题。

所以，不可中断状态实际上是系统对进程和硬件设备的一种保护机制。

因此，你可以简单理解为，平均负载其实就是平均活跃进程数。平均活跃进程数，直观上的理解就是单位时间内的活跃进程数，但它实际上是活跃进程数的指数衰减平均值。这个“指数衰减平均”的详细含义你不用计较，这只是系统的一种更快速的计算方式，你把它直接当成活跃进程数的平均值也没问题。

平均负载为多少时合理

我们知道，平均负载最理想的情况是等于 CPU 个数。所以在评判平均负载时，首先你要知道系统有几个 CPU，这可以通过 top 命令或者从文件 /proc/cpuinfo 中读取。

在我看来，当平均负载高于 CPU 数量 70% 的时候，你就应该分析排查负载高的问题了。一旦负载过高，就可能导致进程响应变慢，进而影响服务的正常功能。

平均负载与 CPU 使用率

可能你会疑惑，既然平均负载代表的是活跃进程数，那平均负载高了，不就意味着 CPU 使用率高吗？

我们还是要回到平均负载的含义上来，平均负载是指单位时间内，处于可运行状态和不可中断状态的进程数。所以，它不仅包括了正在使用 CPU 的进程，还包括等待 CPU 和等待 I/O 的进程。

而 CPU 使用率，是单位时间内 CPU 繁忙情况的统计，跟平均负载并不一定完全对应。比如：

CPU 密集型进程，使用大量 CPU 会导致平均负载升高，此时这两者是一致的；
I/O 密集型进程，等待 I/O 也会导致平均负载升高，但 CPU 使用率不一定很高；
大量等待 CPU 的进程调度也会导致平均负载升高，此时的 CPU 使用率也会比较高。

常用分析工具

iostat
mpstat
pidstat

step 1

使用 watch 观察平均负载
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watch -d uptime

setp 2

mpstat - Report processors related statistics.

使用mpstat查看cpu使用率的变化情况

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# Display five reports of statistics for all processors at two second intervals.
$ mpstat -P ALL 2 5
Average:     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
Average:     all   10.80    0.00    6.41    0.00    0.00    0.18    0.00    0.00    0.00   82.62
Average:       0   12.54    0.00    6.27    0.00    0.00    0.35    0.00    0.00    0.00   80.84
Average:       1    9.19    0.00    6.01    0.00    0.00    0.35    0.00    0.00    0.00   84.45
Average:       2   11.50    0.00    8.71    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   79.79
Average:       3   10.18    0.00    4.91    0.00    0.00    0.35    0.00    0.00    0.00   84.56

分析 cpu使用率高是哪种类型，是user还是iowait，针对不同的类型进行下一步分析

setp 3

pidstat - Report statistics for Linux tasks.

使用pidstat进行查询是哪个进程造成的
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pidstat -u 5 1

the end

平均负载提供了一个快速查看系统整体性能的手段，反映了整体的负载情况。但只看平均负载本身，我们并不能直接发现，到底是哪里出现了瓶颈。所以，在理解平均负载时，也要注意：

平均负载高有可能是 CPU 密集型进程导致的；
平均负载高并不一定代表 CPU 使用率高，还有可能是 I/O 更繁忙了；
当发现负载高的时候，你可以使用 mpstat、pidstat 等工具，辅助分析负载的来源。