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Linux下理解cpu系統負載

一、檢視系統負荷
 
如果你的電腦很慢,你或許想檢視一下,它的工作量是否太大了。
 
在Linux系統中,我們一般使用uptime命令檢視(w命令和top命令也行)。(另外,它們在蘋果公司的Mac電腦上也適用。)
 
你在終端視窗鍵入uptime,系統會返回一行資訊。

這行資訊的後半部分,顯示"load average",它的意思是"系統的平均負荷",裡面有三個數字,我們可以從中判斷系統負荷是大還是小。

為什麼會有三個數字呢?你從手冊中查到,它們的意思分別是1分鐘、5分鐘、15分鐘內系統的平均負荷。
 
如果你繼續看手冊,它還會告訴你,當CPU完全空閒的時候,平均負荷為0;當CPU工作量飽和的時候,平均負荷為1。
 
那麼很顯然,"load average"的值越低,比如等於0.2或0.3,就說明電腦的工作量越小,系統負荷比較輕。
 
但是,什麼時候能看出系統負荷比較重呢?等於1的時候,還是等於0.5或等於1.5的時候?如果1分鐘、5分鐘、15分鐘三個值不一樣,怎麼辦?
 
二、一個類比
 
判斷系統負荷是否過重,必須理解load average的真正含義。下面,我根據"Understanding Linux CPU Load"這篇文章,嘗試用最通俗的語言,解釋這個問題。
 
首先,假設最簡單的情況,你的電腦只有一個CPU,所有的運算都必須由這個CPU來完成。
 
那麼,我們不妨把這個CPU想象成一座大橋,橋上只有一根車道,所有車輛都必須從這根車道上通過。(很顯然,這座橋只能單向通行。)
 
系統負荷為0,意味著大橋上一輛車也沒有。


系統負荷為0.5,意味著大橋一半的路段有車。

系統負荷為1.0,意味著大橋的所有路段都有車,也就是說大橋已經"滿"了。但是必須注意的是,直到此時大橋還是能順暢通行的。

系統負荷為1.7,意味著車輛太多了,大橋已經被佔滿了(100%),後面等著上橋的車輛為橋面車輛的70%。以此類推,系統負荷2.0,意味著等待上橋的車輛與橋面的車輛一樣多;系統負荷3.0,意味著等待上橋的車輛是橋面車輛的2倍。總之,當系統負荷大於1,後面的車輛就必須等待了;系統負荷越大,過橋就必須等得越久。


CPU的系統負荷,基本上等同於上面的類比。大橋的通行能力,就是CPU的最大工作量;橋樑上的車輛,就是一個個等待CPU處理的程序(process)。
 
如果CPU每分鐘最多處理100個程序,那麼系統負荷0.2,意味著CPU在這1分鐘裡只處理20個程序;系統負荷1.0,意味著CPU在這1分鐘里正好處理100個程序;系統負荷1.7,意味著除了CPU正在處理的100個程序以外,還有70個程序正排隊等著CPU處理。
 
為了電腦順暢執行,系統負荷最好不要超過1.0,這樣就沒有程序需要等待了,所有程序都能第一時間得到處理。很顯然,1.0是一個關鍵值,超過這個值,系統就不在最佳狀態了,你要動手干預了。
 
三、系統負荷的經驗法則
 
1.0是系統負荷的理想值嗎?
 
不一定,系統管理員往往會留一點餘地,當這個值達到0.7,就應當引起注意了。經驗法則是這樣的:
 
當系統負荷持續大於0.7,你必須開始調查了,問題出在哪裡,防止情況惡化。
 
當系統負荷持續大於1.0,你必須動手尋找解決辦法,把這個值降下來。
 
當系統負荷達到5.0,就表明你的系統有很嚴重的問題,長時間沒有響應,或者接近宕機了。你不應該讓系統達到這個值。
 
四、多處理器
 
上面,我們假設你的電腦只有1個CPU。如果你的電腦裝了2個CPU,會發生什麼情況呢?
 
2個CPU,意味著電腦的處理能力翻了一倍,能夠同時處理的程序數量也翻了一倍。
 
還是用大橋來類比,兩個CPU就意味著大橋有兩根車道了,通車能力翻倍了。


所以,2個CPU表明系統負荷可以達到2.0,此時每個CPU都達到100%的工作量。推廣開來,n個CPU的電腦,可接受的系統負荷最大為n.0。
 
五、多核處理器
 
晶片廠商往往在一個CPU內部,包含多個CPU核心,這被稱為多核CPU。
 
在系統負荷方面,多核CPU與多CPU效果類似,所以考慮系統負荷的時候,必須考慮這臺電腦有幾個CPU、每個CPU有幾個核心。然後,把系統負荷除以總的核心數,只要每個核心的負荷不超過1.0,就表明電腦正常執行。
 
怎麼知道電腦有多少個CPU核心呢?
 
"cat /proc/cpuinfo"命令,可以檢視CPU資訊。"grep -c 'model name' /proc/cpuinfo"命令,直接返回CPU的總核心數。
 
如:
 
****** CPU Information ******
 
cpu 型號: 40 Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2680 v2 @ 2.80GHz
 
邏輯cpu個數 : 40
 
物理cpu個數 : 2
 
每個物理CPU核心個數 : 10    ----當load不超過20就表示電腦執行正常
 
(是否支援超執行緒 大於1表示支援) : 2
 
記憶體大小:64375 M
 
*****************************
 
[

[email protected]_App_DB01 toolsqldir]# uptime
 
10:02:08 up 207 days, 5:51, 1 user, load average: 6.37, 5.34, 4.93
 
六、最佳觀察時長
 
最後一個問題,"load average"一共返回三個平均值----1分鐘系統負荷、5分鐘系統負荷,15分鐘系統負荷,----應該參考哪個值?
 
如果只有1分鐘的系統負荷大於1.0,其他兩個時間段都小於1.0,這表明只是暫時現象,問題不大。
 
如果15分鐘內,平均系統負荷大於1.0(調整CPU核心數之後),表明問題持續存在,不是暫時現象。所以,你應該主要觀察"15分鐘系統負荷",將它作為電腦正常執行的指標。