Linux性能优化笔记--理解平均负载

知识点

• 平均负载是指单位时间内，系统处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数，也就是平均活跃进程数，它和CPU使用率并没有直接关系；
• 可运行状态的进程是指正在使用CPU和正在等待CPU的进程，即使用PS命令看到的R状态的进程；

• 不可中断状态的进程是指正在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，比如正在等待IO响应，即使用PS命令看到的D状态的进程；不可中断状态是系统对进程和硬件的一种保护机制；

• 最理想的状态下，一个CPU一个进程，即平均负载等于CPU的个数；

• 例子说明：假如平均负载为2，意味着什么？

  如果有2个CPU，则意味着所有CPU刚好都被占用；
  如果有4个CPU，则意味着有一半的CPU处于空闲状态；
  如果有1个CPU，则意味着有一半的进程处于挂起状态；

• 查看CPU信息：cat /proc/cpuinfo 或者 lscpu；

• 当平均负载高于CPU数量70%的时候，可以认为已经是负载过高了；

• 最好的方法是把机器负载实时监控起来，根据负载趋势图观察当前负载是否属于过高；

• CPU使用率是单位时间内CPU繁忙情况的统计；

• 平均负载和CPU使用率对比说明：

  CPU密集型进程，使用大量CPU导致负载升高，此时两者一致；
  IO密集型进程，等待IO也会导致平均负载升高，但CPU使用率不一定高；
  大量等待CPU的进程调度也会导致平均负载升高，此时两者也是一致的；

相关工具

• stress - Linux下的系统压力测试工具，可以模拟CPU、磁盘IO、内存等压力，非常有用；
• mpstat - 多核CPU性能分析工具，查看每个CPU的性能指标及所有CPU的平均指标；
• pidstat - 进程性能分析工具，查看每个进程的CPU、内存、IO及上下文切换等性能指标；

场景模拟

• 模拟CPU使用率100%

  • 使用stress工具$ stress --cpu 1 --timeout 600；
  • 观察平均负载的变化$ watch -d uptime；
  • 查看CPU使用率的变化$ mpstat -P ALL 5；
  • 定位CPU使用率高的进程$ pidstat -u 5 1；

• 模拟高IO压力

  • 使用stress工具$ stress -i 1 --timeout 600；
  • 观察平均负载的变化$ watch -d uptime；
  • 查看CPU使用率的变化$ mpstat -P ALL 5 1；
  • 定位CPU使用率高的进程$ pidstat -u 5 1；

• 模拟大量进程

  • 使用stress工具 $ stress -c 8 --timeout 600；
  • 观察平均负载 $ uptime；
  • 查看进程情况 $ mpstat -P ALL 5 1；

总结

根据平均负载可以快速判断一个系统的整体性能，需要进一步定位是什么原因导致的平均负载高的问题。可能是CPU密集型进程导致的，也可能是IO繁忙导致的，具体是那种可以使用mpstat或者pidstat等工具查看。