前言

做为一个性能测试工程师，每当咱们发现计算机变慢的时候，咱们通常的规范姿态就是执行 uptime 或 top 命令，来理解零碎的负载状况。

比方像上面这样，我在命令行里输出了 uptime 命令，零碎会返回一行信息。

appletekimbp:~ apple$ uptime
20
:
44
up
21
days,
6
:
41
,
2
users, load averages:
2.85

2.33

2.91
但我想问的是，各位同学晓得以上每列输入的含意吗？

20
:
44

以后工夫

up
21
days,
6
:
41

零碎运行工夫

2
users

正在登录用户数

零碎的均匀负载，别离是 1 分钟、5 分钟、15 分钟内零碎的均匀负载

load averages:
2.85

2.33

2.91

这行信息的后半局部，显示 “load average”，它的意思是 ” 零碎的均匀负载 ”，外面有三个数字，咱们能够从中判断零碎负载是大还是小。

什么是零碎均匀负载？

我猜肯定会有同学会说，均匀负载不就是单位工夫的 CPU 使用率吗？下面 2.85，就代表 CPU 使用率是 285%。其实不是这样的。

CPU 负载值在 Linux 零碎中示意正在运行，处于可运行状态的均匀作业数（读取一组与流程执行线程对应的机器语言的程序指令），或者十分重要，休眠但不可中断（不可交织的休眠状态））。也就是说，要计算 CPU 负载的值，只思考正在运行或期待调配 CPU 工夫的过程。不思考失常的休眠过程（休眠状态），僵尸或进行的过程。
简略来说，均匀负载是指单位工夫内，零碎处于可运行状态和不可中断状态的均匀过程数，也就是均匀沉闷过程数，它和 CPU 使用率并没有间接关系。

过程状态代码 R 正在运行或可运行（在运行队列中）D 不间断休眠（通常为 IO）S 可中断休眠（期待事件实现）Z 生效 / 僵尸，终止但未被其父 T 进行，由作业控制进行信号或因为它被追踪 […]

这里先解释下，可运行状态和不可中断状态。

可运行状态的过程，指的是正在应用 CPU 或者正在期待 CPU 的过程，也就是咱们罕用 ps 命令看到处于 R 状态（Running 或 Runnable）的过程。

不可中断状态的过程，指的是正处于内核态要害流程中的过程，并且这些流程是不可打断的，比方常见是期待硬件设施的 I/O 响应。也就是咱们在 Ps 命令看到的 D 状态 (Uninterruptible Sleep，也称为 Disk Sleep）的过程。比方，当一个过程向磁盘读写数据时，为了保证数据的一致性，在失去磁盘回复前，它是不能被其余过程或者中断打断的，这个工夫的过程就处于不可中断状态。如果此时的过程被打断，就容易呈现磁盘数据与过程数据不统一的问题。

所以，不可中断状态实际上是系统对过程和硬件设施的一种爱护机制。

因而，咱们能够简略了解为，均匀负载其实就是均匀沉闷过程数。均匀沉闷过程数，直观上的了解就是单位工夫内的沉闷过程数。既然均匀的是是沉闷过程数，那么现实的是，每个 CPU 上都刚好运行着一个过程，这样每个 CPU 都失去了充分利用。

以下是单核处理器计算机中不同负载值的含意：

0.00：没有任何作业正在运行或期待 CPU 执行，即 CPU 齐全闲暇。因而，如果正在运行的程序（过程）须要执行工作，它会向 CPU 申请操作系统，并立刻为该过程调配 CPU 工夫，因为没有其余过程在竞争它。
0.50：没有任何作业在期待，但 CPU 正在解决以前的作业，并且它正在以 50% 的容量进行解决。在这种状况下，操作系统还能够立刻将 CPU 工夫调配给其余过程，而无需将其置于放弃状态。
1.00：队列中没有作业，但 CPU 正在以 100% 的容量解决先前的作业，因而如果新过程申请 CPU 工夫，则必须将其保留到另一个作业实现或以后 CPU 插槽工夫（例如，CPU tick）到期，操作系统决定哪一个是下一个给定的过程优先级。
1.50：CPU 工作在其容量的 100%，15 个工作中有 5 个申请 CPU 工夫，即 33.33%，必须排队期待其他人耗尽他们调配的工夫。因而，一旦超过 1.0 的阈值，就能够说零碎过载，因为它不能立刻解决所申请的 100% 的工作。
那么很显然，”load average” 的值越低，比方等于 0.2 或 0.3，就阐明服务器的工作量越小，零碎负载比拟低。

一个类比

下面还看太懂怎么办？没事，咱们来看一个简略的类比例子。

先假如最简略的状况，你的计算机只有一个 CPU，所有的运算都必须由这个 CPU 来实现。

那么，咱们无妨把这个 CPU 设想成一座大桥，桥上只有一根车道，所有车辆都必须从这根车道上通过。（很显然，这座桥只能单向通行。）

零碎负载为 0，意味着大桥上一辆车也没有。

零碎负载为 0.5，意味着大桥一半的路段有车。

零碎负载为 1.0，意味着大桥的所有路段都有车，也就是说大桥曾经 ” 满 ” 了。然而必须留神的是，直到此时大桥还是能顺畅通行的。

零碎负载为 1.7，意味着车辆太多了，大桥曾经被占满了（100%），前面等着上桥的车辆为桥面车辆的 70%。以此类推，零碎负载 2.0，意味着期待上桥的车辆与桥面的车辆一样多；零碎负载 3.0，意味着期待上桥的车辆是桥面车辆的 2 倍。总之，当零碎负载大于 1，前面的车辆就必须期待了；零碎负载越大，过桥就必须等得越久。

CPU 的零碎负载，基本上等同于下面的类比。大桥的通行能力，就是 CPU 的最大工作量；桥梁上的车辆，就是一个个期待 CPU 解决的过程（process）。

如果 CPU 每分钟最多解决 100 个过程，那么零碎负载 0.2，意味着 CPU 在这 1 分钟里只解决 20 个过程；零碎负载 1.0，意味着 CPU 在这 1 分钟里正好解决 100 个过程；零碎负载 1.7，意味着除了 CPU 正在解决的 100 个过程以外，还有 70 个过程正排队等着 CPU 解决。

为了计算机顺畅运行，零碎负载最好不要超过 1.0，这样就没有过程须要期待了，所有过程都能第一工夫失去解决。很显然，1.0 是一个要害值，超过这个值，零碎就不在最佳状态了，你要入手干涉了。

多处理器和多核零碎

在具备多个处理器或外围（多个逻辑 CPU）的零碎中，CPU 负载值的含意取决于零碎中存在的处理器数量。因而，具备 4 个处理器的计算机在达到 4.00 的负载之前将不会以 100%应用，因而在解释由 top，htop 或失常运行工夫等命令提供的 3 个负载值时，你必须要做的第一件事 就是将它们离开。零碎中存在的逻辑 CPU 数量，并从中得出结论。
举个例子，如果你的计算机装了 2 个 CPU，会产生什么状况呢？2 个 CPU，意味着计算机的解决能力翻了一倍，可能同时解决的过程数量也翻了一倍。还是用大桥来类比，两个 CPU 就意味着大桥有两根车道了，通车能力翻倍了

所以，2 个 CPU 表明零碎负载能够达到 2.0，此时每个 CPU 都达到 100% 的工作量。推广开来，n 个 CPU 的计算机，可承受的零碎负载最大为 n.0。

芯片厂商往往在一个 CPU 外部，蕴含多个 CPU 外围，这被称为多核 CPU。

在零碎负载方面，多核 CPU 与多 CPU 成果相似，所以思考零碎负载的时候，必须思考这台计算机有几个 CPU、每个 CPU 有几个外围。而后，把零碎负荷除以总的外围数，只有每个外围的负荷不超过 1.0，就表明计算机失常运行。怎么晓得 PC 有多少个 CPU 外围呢？

CPU 使用率

如果咱们察看在给定工夫距离内通过 CPU 的不同过程，则利用率百分比将示意绝对于 CPU 执行与每个过程绝对应的指令的那个工夫距离的工夫局部。但这种计算只运行的过程，而不是那些正在期待，无论它们是在队列（可运行状态）还是休眠但不可中断（例如在期待输出 / 输入操作的完结）被认为。因而，这个指标能够让咱们理解哪些过程最大水平地挤压 CPU，然而如果零碎状态过载或者未充分利用，则不能给出实在的零碎状态图。
事实工作中，咱们常常容易把均匀负载和 CPU 使用率混同，从下面咱们晓得均匀负载是指单位工夫内，处于可运行状态和不可中断状态的过程数。所以，它不仅包含正在应用 CPU 的过程，还包含期待 CPU 和期待 I /O 的过程。而 CPU 使用率，从下面的解释咱们晓得是单位工夫内忙碌水平，跟均匀负载并不一定齐全对应。比方：

CPU 密集型过程，应用大量 CPU 会导致均匀负载升高，这时候两者是统一的。
I/O 密集型过程，期待 I/O 也会导致均匀负载升高，但 CPU 使用率不肯定很高。
大量期待 CPU 的过程调度也会导致均匀负载很高，此时的 CPU 使用率也会比拟高。
留神输出 / 输入（I / O）操作

在本文反复强调了不间断休眠状态十分重要（第一张图中的 D），因为有时你能够在计算机中找到十分高的负载值，然而不同的运行过程使用率绝对较低。如果你不思考这种状态，你会发现状况莫名其妙，你将不晓得如何解决它。当过程期待某个资源的开释并且其执行不能被中断时，例如当它期待不可中断的 I/O 操作时，过程处于此状态实现（并非所有都是不可中断的）。通常，这种状况是因为磁盘故障，网络文件系统（如 NFS 故障）或大量应用十分慢的设施（例如 USB 1.0 Pendrive）而产生的。

在这种状况下，咱们将不得不应用代替工具，如 iostat 或 iotop，它们将批示哪些过程正在执行更多的 I/O 操作，以便咱们能够杀死这些过程或为它们调配较少的优先级（nice 命令）可能为其余更要害的过程调配更多的 CPU 工夫。

一些技巧

零碎过载并超过 1.0 的负载值有时不是问题，因为即便有一些提早，CPU 也会解决队列中的作业，负载将再次升高到 1.0 以下的值。然而如果零碎的继续负载值大于 1，则意味着它无奈排汇执行中的所有负载，因而其响应工夫将减少，零碎将变得迟缓且无响应。高于 1 的高值，尤其是最初 5 分钟和 15 分钟的负载平均值是一个显著的症状，要么咱们须要改良计算机的硬件，通过限度用户能够对系统的应用来节俭更少的资源，或者除以多个类似节点之间的负载。

因而，咱们提出以下倡议：

=0.70：没有任何反馈，但有必要监控 CPU 负载。如果在一段时间内放弃这种状态，就必须在事件变得更糟之前进行考察。
=1.00：存在问题，您必须找到并修复它，否则零碎负载的次要顶峰将导致您的应用程序变慢或无响应。
=3.00：你的零碎变得 十分慢。甚至很难从命令行操作它来试图找出问题的起因，因而修复问题须要的工夫比咱们之前采取的口头要长。你冒的危险是零碎会更饱和并且必定会解体。
=5.00：你可能无奈复原零碎。你能够期待奇观自发升高负载，或者如果你晓得产生了什么并且能够负担得起，你能够在控制台中启动 kill-9<process_name> 之类的命令，并期求它运行在某些时候，以加重零碎负荷并从新取得其控制权。否则，你必定别无选择，只能重新启动计算机。