本篇文章給大家帶來的內容是關于linux平均負載Load問題的詳解，有一定的參考價值，有需要的朋友可以參考一下，希望對你有所幫助。
有一回面試，面試官提了一個問題，cpu 使用率不高，但是 load (平均負載) 很高，你如何查找問題？
當時我不明白 Load 的意思，面試官解釋說這個指標反映不可中斷狀態的進程比較多。我遂根據過往后端開發經驗，回答可能系統中 io 阻塞比較多，多發于網絡 io 問題，用命令?netstat -tnp?看看 tcp 連接中 time_wait 狀態多不多…
我知道我的回答很片面，事后復習，做筆記。
什么是平均負載
熟悉 Linux 者知道，使用?top?uptime?命令可以查看?load average?指標。
使用?man uptime?查看 Load average 解釋:
System load averages is the average number of processes that are either in a runnable or uninterruptable state. ? A ?process ?in ?a ?runnable state ?is ?either using the CPU or waiting to use the CPU. ?A process in uninterruptable state is waiting for some I/O access, eg waiting for disk. ?The averages are taken over the three time intervals. ?Load averages are not normalized for the number of CPUs in a system, so a ?load average of 1 means a single CPU system is loaded all the time while on a 4 CPU system it means it was idle 75% of the time.
理解關鍵地方，平均負載是指，在單位時間內，系統中處于?可運行狀態?與?不可中斷狀態?的平均進程數，簡稱平均活躍進程數。值得注意的是，它與 CPU 使用率沒有直接關系
使用命令?ps aux?可以查看進程的狀態 stat，如本文要注意的：
R 狀態，可運行狀態 ( Running / Runnable )，正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的進程D 狀態，不可中斷狀態( Uninterruptitle Sleep, 又稱 Disk Sleep )，正處于內核態關鍵流程中的進程，并且是不可中斷的。
D 狀態為何不可打斷呢，舉個例子，系統調用起硬件設備的 I/O 響應，為了保證數據的一致性，在磁盤設備返回數據前，它是不能倍其他進程或者中斷打斷的，如果被打斷，就容易造成磁盤數據與進程數據不一致的問題。于是，不可中斷(D)狀態是系統對進程與硬件設備的一種保護機制。
平均活躍進程數，嚴格意義上，它是活躍進程數的指數衰減平均值（某個量的下降速度和它的值成比例）。通常情況下，理解為單位時間上的活躍進程數即可。
CPU 利用率與平衡負載
從 CPU 角度來說，Load average 只是反映單位時間內占用 CPU 的進程數量，而 CPU 利用率與進程數量沒有直接關系，我們可以使用命令?top?vmstat?查看 CPU 的利用率，有以下幾個指標：
%us：表示用戶空間程序的cpu使用率（沒有通過nice調度）%sy：表示系統空間的cpu使用率，主要是內核程序。%ni：表示用戶空間且通過nice調度過的程序的cpu使用率。%id：空閑cpu%wa：cpu運行時在等待io的時間%hi：cpu處理硬中斷的數量%si：cpu處理軟中斷的數量%st：被虛擬機偷走的cpu
如何衡量合理的平均負載
一般來講，Load average 低于 CPU 數量的話，機器性能滿足服務需求，超出一些也沒關系，Load average 不直接代表 CPU 利用率，可能是 io 阻塞比較多。當 Load average 高于 CPU 數量的 70%，就可能導致進程響應變慢，進而影響服務的正常功能。
從歷史變化量來看
一般來講，top?uptime?提供 load average 三個時間點的指標，分別是：1分鐘、5分鐘、15分鐘。這反映了系統最近的狀態變化趨勢。在實際生產環境中，我們需要做長期的監控記錄。如果有異常的數值變化，比如平均負載數是CPU的兩倍，需要分析調查問題。
從平衡負載與 CPU 利用率 這兩類指標綜合分析
兩類指標的不同，組合出以下幾種可能情況：
Load average 高，CPU use 高，要么運行了 CPU 密集型進程(線程)，要么有大量等待 CPU 的進程（線程）調度Load average 高，CPU use 底，運行了 IO 密集型進程兩者都比較低，正常Load average 底，CPU use 高，這是不存在的
模擬案例與工具
我們如何分析平衡負載與 CPU 利用率這兩類指標不同組合的案例，尋找造成指標變化的來源？
以下環境為 Linux Arch 4.19 / 4 CPU / 8G Memory
工具列表
stress?系統壓力測試工具
sysstat?性能分析工具包：
mpstat?多核 CPU 分析性能工具，mp 的意思是?multi processors?（多處理器）pidstat?進程性能分析工具，pid 意為進程 ID。它用于查看進程的 CPU、內存、I/O以及上下文切換等指標
模擬場景
使用 stress 可以模擬以下場景
CPU密集型進程
# 模擬一個進程， 對 cpu 使用率 100%，限時 600s stress --cpu 1 --timeout 600
IO 密集型進程
stress 的?-i?選項，spawn N workers spinning on sync()
# 模擬一個進程不停的執行 sync stress -i 1 --timeout 600
大量進程的場景
# 模擬16個進程， 對 cpu 使用率 100%，限時 600s stress --cpu 16 --timeout 600
工具指標
mpstat -P ALL 5?監控所有 CPU，每隔5秒輸出一組數據，注意指標?%usr?使用率，%iowait?IO 阻塞時間，從這可以判斷是 CPU 密集型還是 IO 密集型pidstat -u 5 1?統計間隔5秒內，使用過 CPU 的進程的數據，注意指標?%usr?使用率，%wait?等待使用 CPU 的時間，從這可以判斷是否進程（線程）過多
