Linux系统平均负载和CPU使用率的差异及联系

做为一个测试工程师，每当我们发现计算机变慢的时候，我们通常执行 uptime 或 top 命令，来了解系统的负载情况。或者使用相关可视化平台直接查看平均负载和CPU使用率。

那么这二者具体是什么呢？有什么关系呢？

先说平均负载，

标准定义：单位时间内，系统中处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数。

　　CPU 负载值在 Linux 系统中表示正在运行，处于可运行状态的平均作业数（读取一组与流程执行线程对应的机器语言的程序指令），或者非常重要，休眠但不可中断（不可交错的休眠状态））。也就是说，要计算 CPU 负载的值，只考虑正在运行或等待分配 CPU 时间的进程。不考虑正常的休眠过程（休眠状态），僵尸或停止的过程。

可运行状态的进程：正在使用cpu或者正在等待cpu的进程，即 ps aux 命令下 STAT 处于 R 状态的进程。

不可中断状态的进程：处于内核态关键流程中的进程，且不可被打断，如等待硬件设备IO响应，ps 命令 D 状态的进程。

理想状态：每个cpu上都有一个活跃进程，即平均负载数等于cpu数。

过载值：平均负载高于cpu数量 70% 的时候。

再说cup使用率

CPU使用率定义：单位时间内cpu繁忙情况的统计。

　　如果我们观察在给定时间间隔内通过CPU的不同进程，则利用率百分比将表示相对于CPU执行与每个进程相对应的指令的那个时间间隔的时间部分。但这种计算只运行的进程，而不是那些正在等待，无论它们是在队列（可运行状态）还是睡着但不可中断（例如在等待输入/输出操作的结束）被认为。
因此，这个指标可以让我们了解哪些进程最大程度地挤压CPU，但是如果系统状态过载或者未充分利用，则不能给出真实的系统状态图。

一个类比
上面还看太懂怎么办？没事，我们来看一个简单的类比例子。

先假设最简单的情况，你的计算机只有一个 CPU，所有的运算都必须由这个 CPU 来完成。

那么，我们不妨把这个 CPU 想象成一座大桥，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。）

系统负载为 0，意味着大桥上一辆车也没有。

 

系统负载为 0.5，意味着大桥一半的路段有车。

系统负载为 1.0，意味着大桥的所有路段都有车，也就是说大桥已经"满"了。但是必须注意的是，直到此时大桥还是能顺畅通行的。

系统负载为 1.7，意味着车辆太多了，大桥已经被占满了（100%），后面等着上桥的车辆为桥面车辆的 70%。以此类推，系统负载 2.0，意味着等待上桥的车辆与桥面的车辆一样多；系统负载 3.0，意味着等待上桥的车辆是桥面车辆的 2 倍。总之，当系统负载大于 1，后面的车辆就必须等待了；系统负载越大，过桥就必须等得越久。

CPU 的系统负载，基本上等同于上面的类比。大桥的通行能力，就是CPU 的最大工作量；桥梁上的车辆，就是一个个等待 CPU 处理的进程（process）。

如果CPU 每分钟最多处理100个进程，那么系统负载0.2，意味着CPU在这 1 分钟里只处理 20 个进程；系统负载 1.0，意味着 CPU 在这 1 分钟里正好处理 100 个进程；系统负载 1.7，意味着除了 CPU 正在处理的100 个进程以外，还有 70 个进程正排队等着CPU处理。

为了计算机顺畅运行，系统负载最好不要超过 1.0，这样就没有进程需要等待了，所有进程都能第一时间得到处理。很显然，1.0 是一个关键值，超过这个值，系统就不在最佳状态了，你要动手干预了。

　　Linux系统平均负载和CPU使用率是我们查看服务器性能的关键指标，二者相互联系，又相辅相成。若是看单个指标，数据可能有误，建议同时查看。