[[194930]]

在本文中，我們將解釋 Linux 系統(tǒng)中最關(guān)鍵的管理任務(wù)之一——關(guān)于系統(tǒng) / CPU 的負(fù)載(load)和平均負(fù)載(Load average)的性能監(jiān)控。

首先來看所有的類 UNIX 系統(tǒng)中兩個重要的表述:

• 系統(tǒng)負(fù)載 / CPU 負(fù)載 – 衡量 Linux 系統(tǒng)的 CPU 過載或利用率低的指標(biāo)，即處于運算狀態(tài)或等待狀態(tài)的 CPU 核心數(shù)。
• 平均負(fù)載 – 通過固定的時間周期如 1、5、15 分鐘計算出的平均的系統(tǒng)負(fù)載。

Linux 中，平均負(fù)載一般指在內(nèi)核運行隊列中被標(biāo)記為運行或不可打斷狀態(tài)的進程的平均數(shù)。

注意：

• 幾乎沒有 Linux 或類 Unix 系統(tǒng)不為用戶展示平均負(fù)載的值。
• 完全空閑的 Linux 系統(tǒng)平均負(fù)載為 0，不包括空閑進程。
• 絕大多數(shù)類 Unix 系統(tǒng)只統(tǒng)計運行和等待狀態(tài)的進程。但是在 Linux 中，平均負(fù)載也包括處于不可打斷的睡眠狀態(tài)的進程——它們是在等待其它系統(tǒng)資源如磁盤 I/O 等的進程。

如何監(jiān)測 Linux 系統(tǒng)平均負(fù)載

有諸多方式監(jiān)測系統(tǒng)平均負(fù)載，如 uptime，它會展示系統(tǒng)運行時間、用戶數(shù)量及平均負(fù)載：

$ uptime 
07:13:53 up 8 days, 19 min,  1 user,  load average: 1.98, 2.15, 2.21 

平均負(fù)載的數(shù)字從左到右的含義依次為:

• 最近 1 分鐘的平均負(fù)載為 1.98
• 最近 5 分鐘的平均負(fù)載為 2.15
• 最近 15 分鐘的平均負(fù)載為 2.21

高平均負(fù)載意味著系統(tǒng)是過載的：許多進程在等待 CPU 時間。

下一節(jié)將介紹平均負(fù)載和 CPU 核數(shù)的關(guān)系。此外，常用的工具 top 和 glances 可以實時顯示 Linux 系統(tǒng)的運行狀態(tài)：

Top命令

$ top 

顯示運行中的Linux進程：

top - 12:51:42 up  2:11,  1 user,  load average: 1.22, 1.12, 1.26 
Tasks: 243 total,   1 running, 242 sleeping,   0 stopped,   0 zombie 
%Cpu(s): 17.4 us,  2.9 sy,  0.3 ni, 74.8 id,  4.6 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st 
KiB Mem :  8069036 total,   388060 free,  4381184 used,  3299792 buff/cache 
KiB Swap:  3906556 total,  3901876 free,     4680 used.  2807464 avail Mem  
PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                                                                         
6265 tecmint   20   0 1244348 170680  83616 S  13.3  2.1   6:47.72 Headset                                                                                                                                         
2301 tecmint    9 -11  640332  13344   9932 S   6.7  0.2   2:18.96 pulseaudio                                                                                                                                      
2459 tecmint   20   0 1707692 315628  62992 S   6.7  3.9   6:55.45 cinnamon                                                                                                                                        
2957 tecmint   20   0 2644644 1.035g 137968 S   6.7 13.5  50:11.13 firefox                                                                                                                                         
3208 tecmint   20   0  507060  52136  33152 S   6.7  0.6   0:04.34 gnome-terminal-                                                                                                                                 
3272 tecmint   20   0 1521380 391324 178348 S   6.7  4.8   6:21.01 chrome                                                                                                                                          
6220 tecmint   20   0 1595392 106964  76836 S   6.7  1.3   3:31.94 Headset                                                                                                                                         
1 root      20   0  120056   6204   3964 S   0.0  0.1   0:01.83 systemd                                                                                                                                         
2 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.00 kthreadd                                                                                                                                        
3 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.10 ksoftirqd/0                                                                                                                                     
5 root       0 -20       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.00 kworker/0:0H    
.... 

Glances 工具

$ glances 

Glances – Linux系統(tǒng)監(jiān)測工具：

TecMint (LinuxMint 18 64bit / Linux 4.4.0-21-generic)                                                                                                                                               Uptime: 2:16:06 
CPU      16.4%  nice:     0.1%                                        LOAD    4-core                                        MEM     60.5%  active:    4.90G                                        SWAP      0.1% 
user:    10.2%  irq:      0.0%                                        1 min:    1.20                                        total:  7.70G  inactive:  2.07G                                        total:   3.73G 
system:   3.4%  iowait:   2.7%                                        5 min:    1.16                                        used:   4.66G  buffers:    242M                                        used:    4.57M 
idle:    83.6%  steal:    0.0%                                        15 min:   1.24                                        free:   3.04G  cached:    2.58G                                        free:    3.72G 
NETWORK     Rx/s   Tx/s   TASKS 253 (883 thr), 1 run, 252 slp, 0 oth sorted automatically by cpu_percent, flat view 
enp1s0     525Kb   31Kb 
lo           2Kb    2Kb     CPU%  MEM%  VIRT   RES   PID USER        NI S    TIME+ IOR/s IOW/s Command  
wlp2s0        0b     0b     14.6  13.3 2.53G 1.03G  2957 tecmint      0 S 51:49.10     0   40K /usr/lib/firefox/firefox  
7.4   2.2 1.16G  176M  6265 tecmint      0 S  7:08.18     0     0 /usr/lib/Headset/Headset --type=renderer --no-sandbox --primordial-pipe-token=879B36514C6BEDB183D3E4142774D1DF --lan 
DISK I/O     R/s    W/s      4.9   3.9 1.63G  310M  2459 tecmint      0 R  7:12.18     0     0 cinnamon --replace 
ram0           0      0      4.2   0.2  625M 13.0M  2301 tecmint    -11 S  2:29.72     0     0 /usr/bin/pulseaudio --start --log-target=syslog 
ram1           0      0      4.2   1.3 1.52G  105M  6220 tecmint      0 S  3:42.64     0     0 /usr/lib/Headset/Headset  
ram10          0      0      2.9   0.8  409M 66.7M  6240 tecmint      0 S  2:40.44     0     0 /usr/lib/Headset/Headset --type=gpu-process --no-sandbox --supports-dual-gpus=false --gpu-driver-bug-workarounds=7,2 
ram11          0      0      2.9   1.8  531M  142M  1690 root         0 S  6:03.79     0     0 /usr/lib/xorg/Xorg :0 -audit 0 -auth /var/lib/mdm/:0.Xauth -nolisten tcp vt8 
ram12          0      0      2.6   0.3 79.3M 23.8M  9651 tecmint      0 R  0:00.71     0     0 /usr/bin/python3 /usr/bin/glances 
ram13          0      0      1.6   4.8 1.45G  382M  3272 tecmint      0 S  6:25.30     0    4K /opt/google/chrome/chrome  
... 

這些工具中的平均負(fù)載是從 /proc/loadavg 文件中讀取的，也可以直接使用 cat 命令查看：

$ cat /proc/loadavg
2.48 1.69 1.42 5/889 10570 

想要圖形樣式監(jiān)測平均負(fù)載，請戳：ttyload – 終端中顏色編碼圖形顯示 Linux 平均負(fù)載。

在桌面計算機中，可以使用圖形用戶接口工具查看系統(tǒng)平均負(fù)載。

理解系統(tǒng)平均負(fù)載和 CPU 核心數(shù)的關(guān)系

考慮了 CPU 核心數(shù)的影響，才能解釋系統(tǒng)負(fù)載。

多處理器 Vs 多核處理器

• 多處理器 – 一個計算機系統(tǒng)中集成兩個或多個物理 CPU
• 多核處理器 – 單個物理 CPU 有兩個或多個單獨的核并行工作(也叫處理單元)。雙核意味著有兩個處理單元，4 核有 4 個處理單元，以此類推。

此外，Intel 引入了超線程技術(shù)用來提高并行計算能力。

通過超線程技術(shù)，在操作系統(tǒng)中，單個物理 CPU 表現(xiàn)的和兩個邏輯 CPU 一樣。(實際在硬件上只有一個 CPU)。

注意，單個 CPU 核同一時間只能執(zhí)行一個任務(wù)，于是產(chǎn)生了多 CPU/處理器、多核 CPU，以及多線程技術(shù)。

多 CPU 時，多個程序可以同時執(zhí)行。如今的 Intel CPU 使用了多核心和超線程技術(shù)。

可以使用 nproc 或 lscpu 命令查看系統(tǒng)中的處理器單元數(shù)量。

$ nproc 
4 
# 或者 
lscpu 

也可以使用 grep 命令：

$ grep 'model name' /proc/cpuinfo | wc -l 
4 

為了進一步理解系統(tǒng)負(fù)載，需要做一些假設(shè)。假設(shè)系統(tǒng)負(fù)載如下：

23:16:49 up  10:49,  5 user,  load average: 1.00, 0.40, 3.35 

在單核系統(tǒng)中意味著：

• CPU 被充分利用(100%);最近的 1 分鐘有 1 個進程在運行。
• CPU 有 60% 處于空閑狀態(tài);在最近的 5 分鐘沒有進程等待 CPU 時間。
• CPU 平均過載了 235%;最近的 15 分鐘平均有 2.35 個進程在等待 CPU 時間。

在雙核系統(tǒng)中意味著：

• 有一個 CPU 處于完全空閑狀態(tài)，另一個 CPU 被使用;最近的 1 分鐘沒有進程等待 CPU 時間。
• CPU 平均 160% 處于空閑狀態(tài);最近的 5 分鐘沒有進程等待 CPU 時間。
• CPU 平均過載了 135%;最近的 15 分鐘有 1.35 個進程等待 CPU 時間。

也許你還會喜歡：

1. 20 個監(jiān)控系統(tǒng)性能的命令行工具(一)
2. 13 個 Linux 性能監(jiān)控工具(二)
3. Perf：一個 Linux 上的性能監(jiān)控分析工具
4. 使用 Nmon 監(jiān)控 Linux 的系統(tǒng)性能

總而言之，如果你是系統(tǒng)管理員，你應(yīng)該關(guān)注高的平均負(fù)載。平均負(fù)載高于 CPU 核心數(shù)意味著需要增加 CPU，反之則意味著 CPU 未被充分利用。