Linux性能优化-理解平均负载
Linux性能优化-理解平均负载
1 平均负载含义
当系统变慢的时候，我们一般使用 top 或 uptime 命令来查看系统平均负载情况。
正确定义：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。 错误定义：单位时间内的cpu使用率。 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。 过载经验值：平均负载高于cpu数量70%的时候。 假如在一个单cpu系统上看到1.73 0.60 7.98，表示在过去一分钟内系统有73%的超载，而在15分钟内，有698%的超载。
2 系统环境和工具
系统环境和配置：CentOS 7 64bit 4G内存 2CPU
相关工具：stress、sysstat。 stress：一个Linux系统压力测试工具。 sysstat：监控和分析系统的性能工具，包括mpstat关于cpu详细信息(单独输出或分组输出)、pidstat（进程性能分析）命令、iostat等。
安装工具：yum install -y epel-release stress sysstat
3 平均负载案例分析
同一个Linux系统开三个终端。
场景一：CPU密集型进程
第一个终端运行stress命令模拟一个cpu使用率100%
[root@localhost ~]# stress --cpu 1 --timeout 300
stress: info: [9716] dispatching hogs: 1 cpu, 0 io, 0 vm, 0 hdd第二个终端运行uptime查看平均负载变化情况
#-d参数表示高亮显示变化的区域
[root@localhost ~]# watch -d uptime第三个终端云溪mpstat查看cpu使用率变化情况
#-P ALL表示监控所有cpu，5表示间隔5秒输出一组数据
[root@localhost zhiwenwei]# mpstat -P ALL 5
Linux 3.10.0-957.10.1.el7.x86_64 (localhost.localdomain) 2019年04月01日 _x86_64_ (2 CPU)
22时33分45秒 CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle
22时33分50秒 all 50.95 0.00 0.30 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 48.75
22时33分50秒 0 1.80 0.00 0.60 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 97.60
22时33分50秒 1 100.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00结论：从终端二看到1分钟的平均负载会慢慢增加到1.00；终端三正好有一个cpu使用率为100%，但它的iowait只有0，说明平均负载的升高正是由于cpu使用率的升高。
那么到底是哪个进程导致cpu使用率为100%，可以使用top命令来来查或使用pidstat命令。
[root@localhost zhiwenwei]# pidstat -u 5 1
Linux 3.10.0-957.10.1.el7.x86_64 (localhost.localdomain) 2019年04月01日 _x86_64_ (2 CPU)
22时37分09秒 UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
22时37分14秒 0 2334 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 0 xfsaild/dm-0
22时37分14秒 0 4805 1.20 0.20 0.00 0.00 1.40 0 mono
22时37分14秒 0 4808 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 0 rsyslogd
22时37分14秒 0 9783 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 0 watch
22时37分14秒 0 10078 100.20 0.00 0.00 0.00 100.20 1 stress
22时37分14秒 0 10087 0.20 0.20 0.00 0.00 0.40 0 pidstat
平均时间: UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
平均时间: 0 2334 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 - xfsaild/dm-0
平均时间: 0 4805 1.20 0.20 0.00 0.00 1.40 - mono
平均时间: 0 4808 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 - rsyslogd
平均时间: 0 9783 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 - watch
平均时间: 0 10078 100.20 0.00 0.00 0.00 100.20 - stress
平均时间: 0 10087 0.20 0.20 0.00 0.00 0.40 - pidstat场景二：I/O密集型进程
第一个终端运行stress命令模拟I/O压力
[root@localhost ~]# stress -i 1 --timeout 600第二个终端运行uptime查看当前平均负载变化情况
[root@localhost ~]# watch -d uptime第三个终端运行mpstat查看cpu使用率变化情况
[zhiwenwei@localhost tmp]$ mpstat -P ALL 5 1
Linux 3.10.0-957.10.1.el7.x86_64 (localhost.localdomain) 2019年04月02日 _x86_64_ (2 CPU)
13时44分56秒 CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle
13时45分01秒 all 1.41 0.00 47.43 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 51.16
13时45分01秒 0 1.61 0.00 89.52 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8.87
13时45分01秒 1 1.21 0.00 5.43 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 93.36
平均时间: CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle
平均时间: all 1.41 0.00 47.43 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 51.16
平均时间: 0 1.61 0.00 89.52 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8.87
平均时间: 1 1.21 0.00 5.43 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 93.36结论：1分钟的平均负载会慢慢增加到1，其中两个cpu平均使用率49.40，而idle平均达到50.40。说明平均负载的升高由于idle的升高。 查看导致idle升高的进程：
[zhiwenwei@localhost tmp]$ pidstat -u 5 1
Linux 3.10.0-957.10.1.el7.x86_64 (localhost.localdomain) 2019年04月02日 _x86_64_ (2 CPU)
13时50分46秒 UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
13时50分51秒 0 4273 0.00 8.58 0.00 1.60 8.58 0 kworker/u4:0
13时50分51秒 0 4805 1.40 0.00 0.00 0.00 1.40 1 mono
13时50分51秒 0 4815 1.00 62.08 0.00 3.59 63.07 0 stress
13时50分51秒 0 4816 0.00 14.77 0.00 1.60 14.77 1 kworker/u4:1
13时50分51秒 1007 4819 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 1 pidstat
平均时间: UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
平均时间: 0 4273 0.00 8.58 0.00 1.60 8.58 - kworker/u4:0
平均时间: 0 4805 1.40 0.00 0.00 0.00 1.40 - mono
平均时间: 0 4815 1.00 62.08 0.00 3.59 63.07 - stress
平均时间: 0 4816 0.00 14.77 0.00 1.60 14.77 - kworker/u4:1
平均时间: 1007 4819 0.00 0.20 0.00 0.00 0.20 - pidstat可以发现是stress进程导致的。
场景三：大量进程
第一个终端使用stress命令模拟10个进程
[root@localhost ~]# stress -c 10 --timeout 600第二个终端用uptime查看平均负载变化情况
[root@localhost ~]# watch -d uptime第三个终端pidstat查看进程情况
[root@localhost ~]# pidstat -u 5 1
Linux 3.10.0-957.10.1.el7.x86_64 (localhost.localdomain) 2019年04月02日 _x86_64_ (2 CPU)
13时55分59秒 UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
13时56分04秒 0 4805 1.38 0.20 0.00 0.00 1.58 0 mono
13时56分04秒 0 4828 19.53 0.00 0.00 79.49 19.53 0 stress
13时56分04秒 0 4829 19.72 0.00 0.00 79.49 19.72 0 stress
13时56分04秒 0 4830 19.72 0.00 0.00 79.68 19.72 1 stress
13时56分04秒 0 4831 19.72 0.00 0.00 79.68 19.72 0 stress
13时56分04秒 0 4832 19.53 0.00 0.00 79.09 19.53 0 stress
13时56分04秒 0 4833 19.72 0.00 0.00 79.29 19.72 1 stress
13时56分04秒 0 4834 19.53 0.00 0.00 78.90 19.53 1 stress
13时56分04秒 0 4835 19.72 0.00 0.00 80.08 19.72 1 stress
13时56分04秒 0 4836 19.53 0.00 0.00 79.09 19.53 0 stress
13时56分04秒 0 4837 19.72 0.00 0.00 79.29 19.72 1 stress
13时56分04秒 0 4848 0.00 0.20 0.00 0.39 0.20 0 pidstat
平均时间: UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
平均时间: 0 4805 1.38 0.20 0.00 0.00 1.58 - mono
平均时间: 0 4828 19.53 0.00 0.00 79.49 19.53 - stress
平均时间: 0 4829 19.72 0.00 0.00 79.49 19.72 - stress
平均时间: 0 4830 19.72 0.00 0.00 79.68 19.72 - stress
平均时间: 0 4831 19.72 0.00 0.00 79.68 19.72 - stress
平均时间: 0 4832 19.53 0.00 0.00 79.09 19.53 - stress
平均时间: 0 4833 19.72 0.00 0.00 79.29 19.72 - stress
平均时间: 0 4834 19.53 0.00 0.00 78.90 19.53 - stress
平均时间: 0 4835 19.72 0.00 0.00 80.08 19.72 - stress
平均时间: 0 4836 19.53 0.00 0.00 79.09 19.53 - stress
平均时间: 0 4837 19.72 0.00 0.00 79.29 19.72 - stress
平均时间: 0 4848 0.00 0.20 0.00 0.39 0.20 - pidstat总结： 平均负载高有可能是cpu密集型进程导致的； 平均负载高不一定是cpu使用率高，还有可能是I/O更繁忙 当发现负载高的时候，可以使用mpstat、pidstat等工具辅助分析负载高的根源。 相关资料资源：https://time.geekbang.org/column/article/69618
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