怎么理解平均负载(一)

一、概念

平均负载是指单位时间内,系统处于可运行状态不可中断状态的平均进程数,也就是平均活跃数,他和cpu使用率没有直接关系,这里解释下可运行状态和不可中断状态这两个词。

所谓可运行状态是指正在使用cpu或正在等待cpu的进程,可就是我们用ps命令查看处于R状态的进程。

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,也就是我们用ps命令看到的D状态的进程

二、平均负载多少合理

首先要看服务器逻辑cpu个数。可以通过如下命令查询

cat /proc/cpuinfo |grep "model name" |wc -l
2

有了cpu个数,如果平均负载比cpu个数还大,表示系统已经出现了过载

三、平均负载与cpu使用率区分

平均负载是指单位时间内,系统处于可运行状态不可中断状态的平均进程数。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,是指单位时间内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,同事cpu使用率也跟着升高,两者是一样的。

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。

四、工具介绍

stress 是Linux系统压力测试工具,这里我们用作异常进程模拟平均负载升高的场景

sysstat 是Linux性能工具,用来监控和分析系统的性能,一般会用到这个包的两个命令mpstat 和 pidstat

mpstat 是常用的多核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

五、cpu密集型进程

首先开三个终端,便于查看,我们在第一个终端运行stress 命令,模拟一个cpu使用率100%的场景

stress --cpu 1 --timeout 600

 

接着在第二个终端运行uptime查看平均复杂运行情况

##-d 参数表示高亮显示变化的区域
#watch -d uptime 16:24:14 up 2:45, 7 users, load average: 0.92, 0.40, 0.28

 

最后在第三个终端运行mpstat 查看cpu使用率的变化情况

# -P ALL 表示监控所有 CPU,后面数字 5 表示间隔 5 秒后输出一组数据
$ mpstat -P ALL 5
Linux 4.15.0 (ubuntu) 09/22/18 _x86_64_ (2 CPU)
13:30:06     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
13:30:11     all   50.05    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   49.95
13:30:11       0    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
13:30:11       1  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00

 

找出cpu使用率增高的进程

# 间隔 5 秒后输出一组数据
$ pidstat -u 5 1
13:37:07      UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
13:37:12        0      2962  100.00    0.00    0.00    0.00  100.00     1  stress

 

六、I/O密集型场景

首先运行stress   模拟I/O压力

stress -i 1 --timeout 600

 

第二个终端查看平均负载情况

watch -d uptime
...,  load average: 1.06, 0.58, 0.37

 

第三个终端运行mpstat 查看cpu使用率的变化情况

# 显示所有 CPU 的指标,并在间隔 5 秒输出一组数据
$ mpstat -P ALL 5 1
Linux 4.15.0 (ubuntu)     09/22/18     _x86_64_    (2 CPU)
13:41:28     CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
13:41:33     all    0.21    0.00   12.07   32.67    0.00    0.21    0.00    0.00    0.00   54.84
13:41:33       0    0.43    0.00   23.87   67.53    0.00    0.43    0.00    0.00    0.00    7.74
13:41:33       1    0.00    0.00    0.81    0.20    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   98.99

 

到底是什么进程导致iowait这么高呢

# 间隔 5 秒后输出一组数据,-u 表示 CPU 指标
$ pidstat -u 5 1
Linux 4.15.0 (ubuntu)     09/22/18     _x86_64_    (2 CPU)
13:42:08      UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
13:42:13        0       104    0.00    3.39    0.00    0.00    3.39     1  kworker/1:1H
13:42:13        0       109    0.00    0.40    0.00    0.00    0.40     0  kworker/0:1H
13:42:13        0      2997    2.00   35.53    0.00    3.99   37.52     1  stress
13:42:13        0      3057    0.00    0.40    0.00    0.00    0.40     0  pidstat

 

可以看出是stress导致的

七、大量进程场景

当系统中运行进程超出cpu运行能力时,就会出现等待cpu进程

比如,我们还是用stress模拟8个进程

stress -c 8 --timeout 600

 

由于系统只有2个cpu,明显比8个进程小得多,因而cpu处于严重过载

uptime
...,  load average: 7.97, 5.93, 3.02

 

pidstat 查看进程情况

# 间隔 5 秒后输出一组数据
$ pidstat -u 5 1
14:23:25      UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
14:23:30        0      3190   25.00    0.00    0.00   74.80   25.00     0  stress
14:23:30        0      3191   25.00    0.00    0.00   75.20   25.00     0  stress
14:23:30        0      3192   25.00    0.00    0.00   74.80   25.00     1  stress
14:23:30        0      3193   25.00    0.00    0.00   75.00   25.00     1  stress
14:23:30        0      3194   24.80    0.00    0.00   74.60   24.80     0  stress
14:23:30        0      3195   24.80    0.00    0.00   75.00   24.80     0  stress
14:23:30        0      3196   24.80    0.00    0.00   74.60   24.80     1  stress
14:23:30        0      3197   24.80    0.00    0.00   74.80   24.80     1  stress
14:23:30        0      3200    0.00    0.20    0.00    0.20    0.20     0  pidstat

 

可以看出,8个进程竞争2个cpu,每个进程等待cpu的时间(也就是代码块中的%wait)高达75%,这些超出cpu计算能力的进程,最终导致cpu过载

 

posted @ 2019-04-30 17:21  凉生墨客  阅读(...)  评论(...编辑  收藏