查看Linux系统的平均负载
2014-11-05 11:00
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1、Linux系统的平均负载的概念
有时候我们会觉得系统响应很慢，但是又找不到原因，这时就要查看平均负载了，看它是否有大量的进程在排队等待。特定时间间隔内运行队列中的平均进程数可以反映系统的繁忙程度，所以我们通常会在自己的网站或系统变慢时第一时间查系统的负载，即CPU的平均负载。
2、查看平均负载
究竟应该如何查看平均负载呢？最简单的命令是uptime，如下所示：
目前的主流服务器都是双四核，有相当强悍的CPU，做一般的应用服务的话，Linux系统的负载这块倒不用我们担心。
还可以用w命令来查看，顺便可以查看一下系统当前有哪些用户，他们占用了哪些终端，如下所示：
另外，还有动态命令top，这个命令也可以反映系统负载情况。在下面的命令提示中，我们只关心加粗字体部分。
上面加粗字体显示的内容是什么意思呢？再通过uptime查看一下。
原来它所表示的是过去的1分钟、5分钟和15分钟内进程队列中的平均进程数量。
那么，如何衡量当前系统是否负载过高呢？可以从以下几点来考虑。
如果每个CPU（可以按CPU核心的数量计算）当前的活动进程数不大于3，则系统性能良好。
如果每个CPU当前的活动进程数不大于4，表示可以接受。
如果每个CPU当前的活动进程数大于5，则系统性能问题严重。
还可以结合vmstat命令来判断我们的系统是否过于繁忙，如果确定很繁忙的话，就要考虑是否更换服务器或增加CPU的个数了。总结如下：
如果r经常大于3或4，且id经常少于50，则表示CPU的负荷很重。
在上面例子中，我的服务器是PowerEdge 2850，CPU是双核双线程的，则0.09/2=0.045（即负载值/真实CPU个数），此系统的CPU负载基本可以忽略了。事实上，现在主流服务器的CPU都很强悍，如果不是应用虚拟化等特殊场景，基本上负载都很小。
按照前面的计算公式，我所配置Nagios报警的CPU负载阈值为CPU核心的数量（即CPU的物理个数×核数）。还是以我的服务器PowerEdge 2850为例，其CPU核心的数量为2×2=4，则设置报警值为4。这样设置是合理的，因为毕竟不是每个应用服务器的CPU都支持多核心，毕竟整个网站中还有些性能比较弱的服务器是用来做备份的。
1. CPU 占用情况：
1.1: 首先看Process运行时占用CPU的细节：
正如Linux Kernel中所介绍的，Process的状态有3种：
正在被CPU处理，可被CPU处理，blocked状态。
正在被CPU处理：顾名思义，就是process正在占用CPU。
可被CPU处理：即runnable状态,这就意味着它将同其他runnable状态的process等待CPU时间。由schedule程序选择调哪个runnable状态的process进CPU。（这些runnable状态的process的队列叫做作Run Queue）
blocked状态：process可能在等待一个I/O操作获取的数据,或者是一个系统调用的结果
runnable processes的数目和blocked processes的数目可以表现出CPU是否很忙。
另外，很多系统工具会显示一个值： load average。 它就是指running和runnable process的总和。
load average显示的三个数字的时间分别为1分钟,五分钟和十五分钟 的load average数量。
1.2：CPU的上下文切换：
Linux Kernel中有个schedule() 函数。它用来从runnable 队列中挑选出一个process进入CPU，并完成上下文切换(Context Switch)。
当系统做Context Switch时,CPU保存所有old process的context信息并获得new process的所有context信息.Context信息包括大量的linux追踪每个process信息,尤其是一些资源:那些process正在执行,被分配了哪些内存,它打开了那些文件,等等.切换Context会触发大量的信息移动,这是比较高的开销.如果可能的话尽量保持很小的 context switches.
kernel schedule() 触发context switches.为了保证每个process平等的共享CPU时间,kernel周期性中断running的process,看是否有需要作context switches. 如果需要，kernel调度器会开始另外的process而不是让当前的process继续执行,每次的周期性中断或者定时中断都可能触发context switch.每秒定时中断的次数因不同架构和不同的kernel版本而不同(Kernel中的HZ?,
Kernel中这个值通常设置为1000) .
$cat .config |grep CONFIG_HZ
可以看到这个值设置为多少。（通常为1000）。 也就是每秒钟1000次时钟中断。
用户态如何察看时钟中断，以前Sam使用:
#cat /proc/interrupts
认为其中中断0 就是时钟中断数。可以利用间隔10秒的差值算出每秒时钟中断数。但现在在多核上好像不适用了。
1.3：CPU状态信息：
us -- User CPU time
The time the CPU has spent running users' processes that are not niced.
非nice过的用户程序所占用的百分比。
sy -- System CPU time
The time the CPU has spent running the kernel and its processes.
kernel和系统调用所占用的百分比。
ni -- Nice CPU time
The time the CPU has spent running users' proccess that have been niced.
被nice过的用户程序所占百分比。
wa -- iowait
Amount of time the CPU has been waiting for I/O to complete.
等待IO操作时所占百分比。
hi -- Hardware IRQ
The amount of time the CPU has been servicing hardware interrupts.
处理硬件中断所用百分比。
si -- Software Interrupts
The amount of time the CPU has been servicing software interrupts.
处理软件中断所用百分比。
st -- Steal Time
The amount of CPU 'stolen' from this virtual machine by the hypervisor for other tasks (such as running another vir鈥?
tual machine).
NICE以及修改process优先级: 见附录1。
1.4：使用top查看CPU状况：
$top -d 1 -c
top有相当强大的功能。不光可以显示当前CPU各个状态下的时间。还可以分别显示多个CPU Core（按1）。以及某个process具体是运行在哪个core上。（按f,j）
如果发现CPU system部分占用太多，可以使用OProfile 工具查看。
如果iowait很高时，则需要具体检查IO部分，如硬盘和网卡等。
1.5: 使用vmstat查看CPU状况：
使用top查看cpu状态时，可以看到CPU在哪些状态下占用较多。以及哪些Process占用较多CPU。
而使用vmstat查看，在CPU实用方面，则有其它信息可看。
$vmstat 1 //每隔1s 输出一次结果
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
CPU项目下的：us sy id wa st与top下的相似。
procs下则有几项有新意：
r:in run queue
b:blocked for resources I/O, paging etc
如果r 的值持续较大，且连续超过CPU Core的数量，则表明CPU资源严重不足，有很多process在等待CPU, CPU计算能力已经成为瓶颈。
2. 查看其它IO负载：
当使用top或者vmstat发现CPU wa时间多时。 vmstat中发现b列一直比较大的话（超过CPU Core）。则表明IO性能不佳。
IO性能，可以具体查看存储设备和网络设备。
Partition察看类型：
很多时候，在察看U盘格式时，Sam 使用fdisk -l。 察看其U盘中partition list以及格式。但其实这个方法并不准确。因为fdisk拿到的值只是在 -t 时修改的值。
例如：我们创建了一个ext3 partition. 但没有使用-t 修改其值为82。则fdisk 还是会显示为 Win95 FAT32.
所以可以使用 blkid。
附录1：process优先级及其修改:
当使用top命令时。有2列显示与process的优先级别有关：
PR：Priority.
NI：nice.
PR数值越小，process的优先级约高。
PR(new) = PR(old) + NI
指定和修改porcess优先级，可以使用：nice和renice命令。
$sudo nice -n -10 top -d 1
则看到top的NI=-10
linux nice 命令详解
功能说明：设置优先权。
语 法：nice [-n <优先等级>][--help][--version][执行指令]
补充说明：nice指令可以改变程序执行的优先权等级。
参 数：-n<优先等级>或-<优先等级>或--adjustment=<优先等级> 设置欲执行的指令的优先权等级。等级的范围从-20-19，其中-20最高，19最低，只有系统管理者可以设置负数的等级。
renice:
renice -10 -p 6200
将pid=6100的process NI 设置为-10
另外：使用top，也可以修改porcess的优先级。
#top -d 1
"r"-->输入进程PID-->输入nice值
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有时候我们会觉得系统响应很慢，但是又找不到原因，这时就要查看平均负载了，看它是否有大量的进程在排队等待。特定时间间隔内运行队列中的平均进程数可以反映系统的繁忙程度，所以我们通常会在自己的网站或系统变慢时第一时间查系统的负载，即CPU的平均负载。
2、查看平均负载
究竟应该如何查看平均负载呢？最简单的命令是uptime，如下所示：
| ［root@localhost ～］# uptime 11:31:11 up 11 days, 19:01, 2 users, load average: 0.02, 0.01, 0.00 |
还可以用w命令来查看，顺便可以查看一下系统当前有哪些用户，他们占用了哪些终端，如下所示：
| ［root@localhost ～］# w 11:33:00 up 11 days, 19:03, 2 users, load average: 0.00, 0.00, 0.00 USER TTY FROM LOGIN@ IDLE JCPU PCPU WHAT root pts/1113.57.224.3 09:032:11m 0.04s 0.04s -bash root pts/2113.57.224.3 11:310.00s 0.02s 0.00s w |
| ［root@localhost ～］# top top - 11:37:47 up 11 days, 19:08, 2 users, load average: 0.00, 0.00, 0.00 Tasks: 122 total, 1 running, 121 sleeping, 0 stopped, 0 zombie Cpu(s): 0.1%us, 0.0%sy, 0.0%ni, 99.9%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.0%si, 0.0%st Mem: 4044136k total, 1435504k used, 2608632k free, 274740k buffers Swap: 8193140k total,0k used, 8193140k free, 941884k cached |
| ［root@localhost ～］# uptime 11:39:36 up 11 days, 19:16, 1 user, load average: 0.09, 0.03, 0.01 |
那么，如何衡量当前系统是否负载过高呢？可以从以下几点来考虑。
如果每个CPU（可以按CPU核心的数量计算）当前的活动进程数不大于3，则系统性能良好。
如果每个CPU当前的活动进程数不大于4，表示可以接受。
如果每个CPU当前的活动进程数大于5，则系统性能问题严重。
还可以结合vmstat命令来判断我们的系统是否过于繁忙，如果确定很繁忙的话，就要考虑是否更换服务器或增加CPU的个数了。总结如下：
如果r经常大于3或4，且id经常少于50，则表示CPU的负荷很重。
在上面例子中，我的服务器是PowerEdge 2850，CPU是双核双线程的，则0.09/2=0.045（即负载值/真实CPU个数），此系统的CPU负载基本可以忽略了。事实上，现在主流服务器的CPU都很强悍，如果不是应用虚拟化等特殊场景，基本上负载都很小。
按照前面的计算公式，我所配置Nagios报警的CPU负载阈值为CPU核心的数量（即CPU的物理个数×核数）。还是以我的服务器PowerEdge 2850为例，其CPU核心的数量为2×2=4，则设置报警值为4。这样设置是合理的，因为毕竟不是每个应用服务器的CPU都支持多核心，毕竟整个网站中还有些性能比较弱的服务器是用来做备份的。
1. CPU 占用情况：
1.1: 首先看Process运行时占用CPU的细节：
正如Linux Kernel中所介绍的，Process的状态有3种：
正在被CPU处理，可被CPU处理，blocked状态。
正在被CPU处理：顾名思义，就是process正在占用CPU。
可被CPU处理：即runnable状态,这就意味着它将同其他runnable状态的process等待CPU时间。由schedule程序选择调哪个runnable状态的process进CPU。（这些runnable状态的process的队列叫做作Run Queue）
blocked状态：process可能在等待一个I/O操作获取的数据,或者是一个系统调用的结果
runnable processes的数目和blocked processes的数目可以表现出CPU是否很忙。
另外，很多系统工具会显示一个值： load average。 它就是指running和runnable process的总和。
load average显示的三个数字的时间分别为1分钟,五分钟和十五分钟 的load average数量。
1.2：CPU的上下文切换：
Linux Kernel中有个schedule() 函数。它用来从runnable 队列中挑选出一个process进入CPU，并完成上下文切换(Context Switch)。
当系统做Context Switch时,CPU保存所有old process的context信息并获得new process的所有context信息.Context信息包括大量的linux追踪每个process信息,尤其是一些资源:那些process正在执行,被分配了哪些内存,它打开了那些文件,等等.切换Context会触发大量的信息移动,这是比较高的开销.如果可能的话尽量保持很小的 context switches.
kernel schedule() 触发context switches.为了保证每个process平等的共享CPU时间,kernel周期性中断running的process,看是否有需要作context switches. 如果需要，kernel调度器会开始另外的process而不是让当前的process继续执行,每次的周期性中断或者定时中断都可能触发context switch.每秒定时中断的次数因不同架构和不同的kernel版本而不同(Kernel中的HZ?,
Kernel中这个值通常设置为1000) .
$cat .config |grep CONFIG_HZ
可以看到这个值设置为多少。（通常为1000）。 也就是每秒钟1000次时钟中断。
用户态如何察看时钟中断，以前Sam使用:
#cat /proc/interrupts
认为其中中断0 就是时钟中断数。可以利用间隔10秒的差值算出每秒时钟中断数。但现在在多核上好像不适用了。
1.3：CPU状态信息：
us -- User CPU time
The time the CPU has spent running users' processes that are not niced.
非nice过的用户程序所占用的百分比。
sy -- System CPU time
The time the CPU has spent running the kernel and its processes.
kernel和系统调用所占用的百分比。
ni -- Nice CPU time
The time the CPU has spent running users' proccess that have been niced.
被nice过的用户程序所占百分比。
wa -- iowait
Amount of time the CPU has been waiting for I/O to complete.
等待IO操作时所占百分比。
hi -- Hardware IRQ
The amount of time the CPU has been servicing hardware interrupts.
处理硬件中断所用百分比。
si -- Software Interrupts
The amount of time the CPU has been servicing software interrupts.
处理软件中断所用百分比。
st -- Steal Time
The amount of CPU 'stolen' from this virtual machine by the hypervisor for other tasks (such as running another vir鈥?
tual machine).
NICE以及修改process优先级: 见附录1。
1.4：使用top查看CPU状况：
$top -d 1 -c
top有相当强大的功能。不光可以显示当前CPU各个状态下的时间。还可以分别显示多个CPU Core（按1）。以及某个process具体是运行在哪个core上。（按f,j）
如果发现CPU system部分占用太多，可以使用OProfile 工具查看。
如果iowait很高时，则需要具体检查IO部分，如硬盘和网卡等。
1.5: 使用vmstat查看CPU状况：
使用top查看cpu状态时，可以看到CPU在哪些状态下占用较多。以及哪些Process占用较多CPU。
而使用vmstat查看，在CPU实用方面，则有其它信息可看。
$vmstat 1 //每隔1s 输出一次结果
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
CPU项目下的：us sy id wa st与top下的相似。
procs下则有几项有新意：
r:in run queue
b:blocked for resources I/O, paging etc
如果r 的值持续较大，且连续超过CPU Core的数量，则表明CPU资源严重不足，有很多process在等待CPU, CPU计算能力已经成为瓶颈。
2. 查看其它IO负载：
当使用top或者vmstat发现CPU wa时间多时。 vmstat中发现b列一直比较大的话（超过CPU Core）。则表明IO性能不佳。
IO性能，可以具体查看存储设备和网络设备。
Partition察看类型：
很多时候，在察看U盘格式时，Sam 使用fdisk -l。 察看其U盘中partition list以及格式。但其实这个方法并不准确。因为fdisk拿到的值只是在 -t 时修改的值。
例如：我们创建了一个ext3 partition. 但没有使用-t 修改其值为82。则fdisk 还是会显示为 Win95 FAT32.
所以可以使用 blkid。
附录1：process优先级及其修改:
当使用top命令时。有2列显示与process的优先级别有关：
PR：Priority.
NI：nice.
PR数值越小，process的优先级约高。
PR(new) = PR(old) + NI
指定和修改porcess优先级，可以使用：nice和renice命令。
$sudo nice -n -10 top -d 1
则看到top的NI=-10
linux nice 命令详解
功能说明：设置优先权。
语 法：nice [-n <优先等级>][--help][--version][执行指令]
补充说明：nice指令可以改变程序执行的优先权等级。
参 数：-n<优先等级>或-<优先等级>或--adjustment=<优先等级> 设置欲执行的指令的优先权等级。等级的范围从-20-19，其中-20最高，19最低，只有系统管理者可以设置负数的等级。
renice:
renice -10 -p 6200
将pid=6100的process NI 设置为-10
另外：使用top，也可以修改porcess的优先级。
#top -d 1
"r"-->输入进程PID-->输入nice值
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