Unix平均负载（Load Average）

4 月 ago

puladiao

1 minute

在Unix系统中，包括类Unix系统如Linux，load average是一个非常重要的性能指标，它用于衡量系统在特定时间间隔内的平均负载。这个指标通常由三个数字组成，分别代表过去1分钟、5分钟和15分钟的平均负载。这里的“负载”指的是系统处理器的工作量，即等待运行的进程数量。

让我们更详细地解释一下：

进程状态：理解load average的关键是要知道它涉及两种类型的进程：运行中的进程（正在CPU上执行的）和可运行的进程（等待CPU资源以执行的）。此外，也包括因等待I/O（如磁盘读写）而无法进行的进程。
- 运行中的进程（Running Process）：
  - 这种状态下的进程实际上正在CPU上执行。它们已经被操作系统的调度器选中，并获得了执行其指令的机会。
  - 当一个进程处于运行状态时，它正在使用CPU时间来执行其代码。在多核CPU系统中，多个进程可以同时处于运行状态，每个进程在不同的核心上运行。
  - 这个状态是进程生命周期中最活跃的部分，因为它实际上在做有用的工作（比如计算数据或执行任务）。
- 可运行的进程（Runnable Process）：
  - 可运行的进程是已经准备好运行但尚未被CPU执行的进程。这意味着它们已经处于待命状态，等待调度器将它们分配到CPU上。
  - 可运行状态的进程已经完成了所有必要的准备工作，比如加载到内存中，但由于CPU资源有限，它们暂时无法执行。在单核CPU系统中，只能有一个进程处于运行状态，其他的可运行进程必须等待。
  - 这些进程通常在操作系统的就绪队列中，等待调度器分配给它们CPU时间。当CPU变得可用时，调度器会从这个队列中选择一个或多个进程来执行。
这两种状态是操作系统多任务处理能力的关键组成部分。调度器的任务是在运行和可运行的进程之间有效地分配CPU时间，以确保系统资源的最佳利用和进程的公平处理。在任何给定的时刻，可能有多个进程在等待运行，而只有少数（或在单核CPU上是一个）进程实际在运行。理解这些状态对于系统性能优化和问题排查是非常重要的。
三个时间间隔：Load average提供了三个时间段的数据（1分钟、5分钟、15分钟），这有助于观察系统负载的短期和长期趋势。短期负载的急剧增加可能意味着突发的高负载，而长期负载的增加可能表明持续的高负载。
数值解释：理想情况下，load average的值应该小于或等于CPU核心的数量。例如，在一个4核处理器上，1.00的load average意味着CPU完全被利用，而没有过载；超过4.00则意味着有过多的进程等待CPU资源，可能会导致性能下降。
用途：系统管理员和开发人员通常监控load average来评估系统性能。如果load average持续高于CPU核心数，可能需要考虑优化程序、增加资源或平衡负载。
与CPU使用率的区别：Load average与CPU使用率不同。CPU使用率指的是CPU在特定时间内被利用的比例，而load average考虑了等待CPU资源的进程数，包括了因I/O阻塞而等待的进程。

简单总结一下，平均复杂高的几种可能性：

平均负载高可能由CPU密集型进程导致：
- 当说一个进程是CPU密集型的，意味着它主要在进行计算或处理任务，这需要大量的CPU时间。这类进程运行时会增加CPU的负担，从而提高平均负载。
- 如果有多个这样的进程同时运行，它们会争夺CPU资源，导致平均负载显著上升。
高平均负载并不一定意味着高CPU使用率，可能是I/O更繁忙：
- 平均负载的高低不仅仅反映了CPU的使用情况，还包括了那些因为等待I/O操作（如磁盘操作或网络通信）而不得不等待的进程。
- 即使CPU使用率不高，如果系统中有许多进程因为等待I/O操作而处于挂起状态，平均负载仍然可以很高。这种情况下，问题可能不在于CPU资源，而是在于I/O系统的瓶颈。
使用mpstat、pidstat等工具分析负载来源：
- 当您观察到系统的平均负载高时，确定负载的确切来源是非常重要的。是CPU密集型的任务导致的吗？还是因为I/O操作的延迟？
- mpstat是一个监视CPU使用率和其他统计数据的工具，它可以帮助您了解CPU的整体使用情况。
- pidstat则用于监控各个进程的CPU和内存使用情况，这有助于识别哪些特定进程对系统负载有显著影响。
- 通过这些工具的使用，可以更精确地诊断系统负载高的原因，从而采取相应的优化措施。

总之，理解和分析系统的平均负载不仅需要关注CPU的使用情况，还需要考虑I/O等其他因素。使用合适的工具可以帮助您更准确地确定问题的根源，从而更有效地解决性能问题。

总之，load average是一个综合反映Unix系统CPU负载和资源竞争情况的重要指标，有助于判断系统是否过载或者是否运行顺畅。