解析Linux系统的平均负载概念

一、什么是系统平均负载(Load average)？

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，那么什么是系统平均负载呢？
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树。如果一个进程满足以下条件则其就会位于运行队列中：
　　- 它没有在等待I/O操作的结果
　　- 它没有主动进入等待状态(也就是没有调用'wait')
　　- 没有被停止(例如：等待终止)
　　例如：

　　[root@opendigest root]# uptime
　　7:51pm up 2 days, 5:43, 2 users, load average: 8.13, 5.90, 4.94

　　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。
　　一般来说只要每个CPU的当前活动进程数不大于3那么系统的性能就是良好的，如果每个CPU的任务数大于5，那么就表示这台机器的性能有严重问题。对于上面的例子来说，假设系统有两个CPU，那么其每个CPU的当前任务数为：8.13/2=4.065。这表示该系统的性能是可以接受的。

二、Load average的算法 
    上面的输出数据是每隔5秒钟检查一次活跃的进程数，然后根据这个数值算出来的。如果这个数除以CPU的数目，结果高于5的时候就表明系统在超负荷运转了。其算法(摘自Linux 2.4的内核代码)如下：

文件: include/linux/sched.h:

#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:

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:

#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 各项数据的含义
/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下的文件可以聊寄到系统的运行状态。查看系统平均负载使用“cat /proc/loadavg”命令，输出结果如下：
0.27 0.36 0.37 4/83 4828/
前三个数字大家都知道，是1、5、15分钟内的平均进程数（有人认为是系统负荷的百分比，其实不然，有些时候可以看到200甚至更多）。后面两个呢，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。

四、查看系统平均负载的常用命令
1、

cat /proc/loadavg

2、uptime
名称： uptime 
使用权限： 所有使用者 
使用方式： uptime [-V] 
说明： uptime 提供使用者下面的资讯，不需其他参数： 
现在的时间 系统开机运转到现在经过的时间 连线的使用者数量 最近一分钟，五分钟和十五分钟的系统负载 
参数： -V 显示版本资讯。 
范例： uptime 
其结果为：

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

3、w
功能说明：显示目前登入系统的用户信息。
语　　法：w [-fhlsuV][用户名称]
补充说明：执行这项指令可得知目前登入系统的用户有那些人，以及他们正在执行的程序。单独执行w
指令会显示所有的用户，您也可指定用户名称，仅显示某位用户的相关信息。
参　　数：
  -f 　开启或关闭显示用户从何处登入系统。 
  -h 　不显示各栏位的标题信息列。 
  -l 　使用详细格式列表，此为预设值。 
  -s 　使用简洁格式列表，不显示用户登入时间，终端机阶段作业和程序所耗费的CPU时间。 
  -u 　忽略执行程序的名称，以及该程序耗费CPU时间的信息。 
  -V 　显示版本信息。
4、top
功能说明：显示，管理执行中的程序。
语　　法：top [bciqsS][d <间隔秒数>][n <执行次数>]
补充说明：执行top指令可显示目前正在系统中执行的程序，并通过它所提供的互动式界面，用热键加以管理。
参　　数：
　b 　使用批处理模式。 
　c 　列出程序时，显示每个程序的完整指令，包括指令名称，路径和参数等相关信息。 
　d<间隔秒数> 　设置top监控程序执行状况的间隔时间，单位以秒计算。 
　i 　执行top指令时，忽略闲置或是已成为Zombie的程序。 
　n<执行次数> 　设置监控信息的更新次数。 
　q 　持续监控程序执行的状况。 
　s 　使用保密模式，消除互动模式下的潜在危机。 
　S 　使用累计模式，其效果类似ps指令的"-S"参数。
5、tload
功能说明：显示系统负载状况。
语　　法：tload [-V][-d <间隔秒数>][-s <刻度大小>][终端机编号]
补充说明：tload指令使用ASCII字符简单地以文字模式显示系统负载状态。假设不给予终端机编号，则会在执行tload指令的终端机显示负载情形。
参　　数：
　-d<间隔秒数> 　设置tload检测系统负载的间隔时间，单位以秒计算。 
　-s<刻度大小> 　设置图表的垂直刻度大小，单位以列计算。 
　-V 　显示版本信息。

四、系统平均负载-进阶解释
为了更好地理解系统负载，我们用交通流量来做类比。

1、单核CPU - 单车道 - 数字在0.00-1.00之间正常

路况管理员会告知司机，如果前面比较拥堵，那司机就要等待，如果前面一路畅通，那么司机就可以驾车直接开过。

具体来说：

0.00-1.00 之间的数字表示此时路况非常良好，没有拥堵，车辆可以毫无阻碍地通过。

1.00 表示道路还算正常，但有可能会恶化并造成拥堵。此时系统已经没有多余的资源了，管理员需要进行优化。

1.00-*** 表示路况不太好了，如果到达2.00表示有桥上车辆一倍数目的车辆正在等待。这种情况你必须进行检查了。

2、多核CPU - 多车道 - 数字/CPU核数 在0.00-1.00之间正常

多核CPU的话，满负荷状态的数字为 "1.00 * CPU核数"，即双核CPU为2.00，四核CPU为4.00。

3、安全的系统平均负载

作者认为单核负载在0.7以下是安全的，超过0.7就需要进行优化了。

4、应该看哪一个数字，1分钟，5分钟还是15分钟？

作者认为看5分钟和15分钟的比较好，即后面2个数字。

5、怎样知道我的CPU是几核呢？

使用以下命令可以直接获得CPU核心数目

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

结论

取得CPU核心数目N，观察后面2个数字，用数字/N，如果得到的值小于0.7即可无忧。