linux性能分析之平均负载

平均负载

1,执行 top 或者 uptime 命令 来了解系统负载

uptime

分析显示 当前时间，系统运行时间，正在登录用户数

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

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。

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。

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

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

[root@node-1 home]# grep 'model name' /proc/cpuinfo | wc -l
8

当平均负载比 CPU 个数还大的时候，系统已经出现了过载

均负载有三个数值，到底该参考哪一个呢？

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

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

平均负载多高时，需要我们重点关注呢？

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

但 70% 这个数字并不是绝对的，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

平均负载与 CPU 使用率

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

平均负载案例分析

准备

规格：2U8G

预先安装 stress 和 sysstat 包

工具：iostat、mpstat、pidstat

stress 是一个 Linux 系统压力测试工具，

sysstat 包含了常用的 Linux 性能工具，用来监控和分析系统的性能。这个包的两个命令 mpstat 和 pidstat。

mpstat 是一个常用的多核 CPU 性能分析工具，用来实时查看每个 CPU 的性能指标，以及所有 CPU 的平均指标。
pidstat 是一个常用的进程性能分析工具，用来实时查看进程的 CPU、内存、I/O 以及上下文切换等性能指标

场景一：CPU 密集型进程

第一个终端运行 stress 命令，模拟一个 CPU 使用率 100% 的场景

在第二个终端运行 uptime 查看平均负载的变化情况

watch是周期性的执行下个程序，并全屏显示执行的结果。

1.命令格式：

　　　watch[]参数[命令]

2.命令功能：

　　　　可以将命令的输出结果输出到标准输出设备，多用于周期性执行命令/定时执行命令

3.命令参数：

　　　　-n或--interval watch 缺省每2秒运行一下程序，多用于周期性执行命令/定时执行命令。

　　　　-d或-differences 用 -d 或--differences选项watch 会高亮显示变化的区域。而-d = cumulative 选项会把变动过的地方（不管最近的那次有没有变动）都会高亮显示出来。

　　　　-t或-no-title 会关闭watch 命令在顶部的时间间隔命令，

4.使用实例：

　实例1：每隔一秒高亮显示网络链接数的变化情况

　　命令　watch -n 1 -d netstat -ant

　　实例2：每隔一秒高亮显示命令链接数的变化情况

　　命令　watch -n 1 -d ' pstree | grep http '

　　　　每隔一秒高亮显示http 链接数的变化情况，后面接的命令若带有管道符，需要加“将命令区域归整”。

　　实例3：实时查看模拟攻击客户机建立起来的链接数

　　命令　watch 'netstat -an | grep:21 | grep<模拟攻击客户机的IP> wc -1'

　　实例4：检测当前目录中 scf ' 的文件的变化

　　命令：watch -d ' ls -l | grep scf '

　　实例5:10秒一次输出系统的平均负载

　　命令：watch -n 10 ' cat /proc/loadavg'

在第三个终端运行 mpstat 查看 CPU 使用率的变化情况：

终端二中可以看到，1 分钟的平均负载会慢慢增加到 1.00，而从终端三中还可以看到，正好有一个 CPU 的使用率为 100%，但它的 iowait 只有 0。这说明，平均负载的升高正是由于 CPU 使用率为 100%

使用pidstat 来查询哪个进程在使用cpu：

场景二：I/O 密集型进程

1，加压

root@ubuntu:~# stress -i 1 --timeout 600
stress: info: [5125] dispatching hogs: 0 cpu, 1 io, 0 vm, 0 hdd

2，查看uptime

watch -d uptime

3，mpstat 查看 CPU 使用率的变化情况

root@ubuntu:~# mpstat -P ALL 5
Linux 4.15.0-20-generic (ubuntu) 	07/30/2019 	_x86_64_	(2 CPU)

11:54:19 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
11:54:24 PM  all    0.80    0.00   49.40    0.00    0.00    0.10    0.00    0.00    0.00   49.70
11:54:24 PM    0    0.20    0.00    0.20    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   99.60
11:54:24 PM    1    1.40    0.00   98.60    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00

11:54:24 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
11:54:29 PM  all    0.70    0.00   49.60    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   49.70
11:54:29 PM    0    0.20    0.00    0.20    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   99.60
11:54:29 PM    1    1.20    0.00   98.80    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00

4，查看哪个进程占用

root@ubuntu:~# pidstat -u 5 1
Linux 4.15.0-20-generic (ubuntu) 	07/30/2019 	_x86_64_	(2 CPU)

11:57:37 PM   UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
11:57:42 PM     0         8    0.00    0.20    0.00    0.00    0.20     0  rcu_sched
11:57:42 PM     0      4006    0.00    0.20    0.00    0.00    0.20     0  sshd
11:57:42 PM     0      4130    0.20    0.00    0.00    0.20    0.20     0  watch
11:57:42 PM     0      5126    1.80   98.20    0.00    0.00  100.00     1  stress
11:57:42 PM     0      5632    0.00    0.20    0.00    0.00    0.20     0  pidstat

Average:      UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
Average:        0         8    0.00    0.20    0.00    0.00    0.20     -  rcu_sched
Average:        0      4006    0.00    0.20    0.00    0.00    0.20     -  sshd
Average:        0      4130    0.20    0.00    0.00    0.20    0.20     -  watch
Average:        0      5126    1.80   98.20    0.00    0.00  100.00     -  stress
Average:        0      5632    0.00    0.20    0.00    0.00    0.20     -  pidstat