记忆流年资料

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每次发现系统变慢时,我们通常做的第一件事,就是执行 top 或者 uptime 命令,来了解系统的负载情况。比如像下面这样,我在命令行里输入了 uptime 命令,系统也随即给出了结果。

 $ uptime02:34:03 up 2 days, 20:14,  1 user,  load average: 0.63, 0.83, 0.88

 但我想问的是,你真的知道这里每列输出的含义吗?

我相信你对前面的几列比较熟悉,它们分别是当前时间、系统运行时间以及正在登录用户数。

 02:34:03              //当前时间  ​  up 2 days, 20:14      //系统运行时间 1 user                //正在登录用户数

 而最后三个数字呢,依次则是过去 1 分钟、5 分钟、15 分钟的平均负载(Load Average)。

平均负载?这个词对很多人来说,可能既熟悉又陌生,我们每天的工作中,也都会提到这个词,但你真正理解它背后的含义吗?如果你们团队来了一个实习生,他揪住你不放,你能给他讲清楚什么是平均负载吗?

如何观测和理解这个最常见、也是最重要的系统指标。

我猜一定有人会说,平均负载不就是单位时间内的 CPU 使用率吗?上面的 0.63,就代表 CPU 使用率是 63%。其实并不是这样,如果你方便的话,可以通过执行 man uptime 命令,来了解平均负载的详细解释。

简单来说,平均负载是指单位时间内,系统处于可运行状态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。这里我先解释下,可运行状态和不可中断状态这俩词儿。

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。

既然平均的是活跃进程数,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。比如当平均负载为 2 时,意味着什么呢?

在只有 2 个 CPU 的系统上,意味着所有的 CPU 都刚好被完全占用。

在 4 个 CPU 的系统上,意味着 CPU 有 50% 的空闲。

而在只有 1 个 CPU 的系统中,则意味着有一半的进程竞争不到 CPU。

平均负载为多少时合理

讲完了什么是平均负载,现在我们再回到最开始的例子,不知道你能否判断出,在 uptime 命令的结果里,那三个时间段的平均负载数,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?

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,比如:

 # 关于grep和wc的用法请查询它们的手册或者网络搜索  ​  $ grep 'model name' /proc/cpuinfo | wc -l  2

 有了 CPU 个数,我们就可以判断出,当平均负载比 CPU 个数还大的时候,系统已经出现了过载。

不过,且慢,新的问题又来了。我们在例子中可以看到,平均负载有三个数值,到底该参考哪一个呢?

实际上,都要看。三个不同时间间隔的平均值,其实给我们提供了,分析系统负载趋势的数据来源,让我们能更全面、更立体地理解目前的负载状况。

打个比方,就像初秋时北京的天气,如果只看中午的温度,你可能以为还在 7 月份的大夏天呢。但如果你结合了早上、中午、晚上三个时间点的温度来看,基本就可以全方位了解这一天的天气情况了。

同样的,前面说到的 CPU 的三个负载时间段也是这个道理。

如果 1 分钟、5 分钟、15 分钟的三个值基本相同,或者相差不大,那就说明系统负载很平稳。

但如果 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。

反过来,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。

这里我再举个例子,假设我们在一个单 CPU 系统上看到平均负载为 1.73,0.60,7.98,那么说明在过去 1 分钟内,系统有 73% 的超载,而在 15 分钟内,有 698% 的超载,从整体趋势来看,系统的负载在降低。

那么,在实际生产环境中,平均负载多高时,需要我们重点
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