【Linux性能调优一】观大局：系统平均负载load average
咏月东南 2019-11-08
要测试linux系统性能及调优，首先要从全局检查linux的平均负载
1.什么是平均负载 load average
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数。也可简单理解为平均活跃进程数。
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。
2.为什么监视平均负载
平均负载是单位时间内平均活跃进程数，则 平均负载/CPU个数=单位CPU处理的活跃进程数。那么最理想的，就是每个 CPU 上都刚好运行着一个进程，这样每个 CPU 都得到了充分利用。
假如系统有2个CPU
- 当平均负载为 2 时，意味着所有的 CPU 都刚好被完全占用
- 当平均负载为 1 时，意味着所有的 CPU 有50%的空闲
- 当平均负载为 4 时，意味着所有的有一半的进程竞争不到CPU
从上面的计算可以得出结论，平均负载最理想的情况是等于 CPU 个数。
#查看系统cpu个数---20个[ ~]# grep ‘model name‘ /proc/cpuinfo | wc -l 20
3.如何查看平均负载
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
[ ~]# uptime 10:10:44 up 17 days, 1:06, 7 users, load average: 0.05, 0.10, 0.10
[ ~]# w 10:10:54 up 17 days, 1:06, 7 users, load average: 0.04, 0.10, 0.10
[ ~]# top top - 10:10:57 up 17 days, 1:06, 7 users, load average: 0.04, 0.10, 0.10
[ ~]# tload 0.01, 0.06, 0.07
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。
[ ~]# cat /proc/loadavg ------查看系统平均负载 0.01 0.05 0.06 1/1694 83634
/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下的文件可以了解到系统的运行状态。
前三个数字表示在过去的1、5、15分钟内运行队列中的平均进程数量。后面两个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。
3.案例分析——平均负载为多少时合理
已知平均负载最理想的情况是等于 CPU 个数，那多大的时候能说明系统负载高？或是多小的时候就能说明系统负载很低呢？三个平均负载怎么使用？
3.1 首先你要知道系统有几个 CPU——20个
#查看系统cpu个数---20个 [ ~]# grep ‘model name‘ /proc/cpuinfo | wc -l 20
3.2 查看平均负载
[ ~]# uptime 10:10:44 up 17 days, 1:06, 7 users, load average: 0.05, 0.10, 0.10
平均负载=CPU数【最理想】；
平均负载>CPU数【过载】；
平均负载<CPU数【浪费】
3.3 利用三个不同时间间隔的平均值，分析系统负载趋势
- 三个值基本相同，或者相差不大，说明系统负载很平稳。
- 1 分钟的值远小于 15 分钟的值，就说明系统最近 1 分钟的负载在减少，而过去 15 分钟内却有很大的负载。
- 如果 1 分钟的值远大于 15 分钟的值，就说明最近 1 分钟的负载在增加，这种增加有可能只是临时性的，也有可能还会持续增加下去，所以就需要持续观察。一旦 1 分钟的平均负载接近或超过了 CPU 的个数，就意味着系统正在发生过载的问题，这时就得分析调查是哪里导致的问题，并要想办法优化了
3.4 监控平均负载变化趋势，判断性能
一般当平均负载高于 CPU 数量 70% 的时候，你就应该分析排查负载高的问题了.；
但最推荐的方法，还是把系统的平均负载监控起来，然后根据更多的历史数据，判断负载的变化趋势。当发现负载有明显升高趋势时，比如说负载翻倍了，你再去做分析和调查。
