如何了解系统的负载情况

1、如何了解系统的负载情况？

uptime

回车之后，会在命令窗口输出以下信息：

接下里解读上面的信息的含义：

15:54:23 //系统当前时间

up 3 days //系统已运行时间

3 users //登录用户数

load average: 0.00, 0.01, 0.05 //表示过去1分钟，5分钟，15分钟的平均负载数。这三个参数构成了系统负载趋势图。

2、什么是平均负载？
它是最常见也是最重要的系统指标。简单来说，平均负载时是单位时间内，系统处于可运行及不可中断状态的平均进程数，也就是平均活跃进程数。所以，它不仅包括了正在使用CPU的进程，还包括了等待CPU和等待I/O的进程。和CPU使用率没有直接关系。

什么是可运行状态的进程？

是指正在使用CPU或者正在等待CPU的进程。也就是我们用ps命令看到处于R状态的进程。

什么是不可中断状态的进程?

是指哪些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，比如最常见的是等待硬件设备的I/O响应，也就说我们用ps看到处于D状态的进程。这其实是系统对进程和硬件设备的一种保护机制。

3、平均负载为多少时合理？
平均负载最理想的情况是等于CPU个数。

查看cpu数

grep 'model name' /proc/cpuinfo

wc命令用法
Linux系统中的wc(Word Count)命令的功能为统计指定文件中的字节数、字数、行数，并将统计结果显示输出。

-c 统计字节数。

-l 统计行数。

-m 统计字符数。这个标志不能与 -c 标志一起使用。

-w 统计字数。一个字被定义为由空白、跳格或换行字符分隔的字符串。

-L 打印最长行的长度。

-help 显示帮助信息

--version 显示版本信息
wc用法实例： 统计cpu个数

grep 'model name' /proc/cpuinfo | wc -l

当平均负载高于CPU数量70%的时候，就要排查负载高的原因了。
4、平均负载与CPU使用率区分
CPU密集型进程，使用大量CPU会导致平均负载升高，此时这两者是一致的。
I/O密集型进程，等待I/O也会导致平均负载升高，但CPU使用率不一定很高
大量等待CPU的进程调度也会导致平均负载升高，此时的CPU使用率也不会较高。
5、平均负载案例分析
工具介绍
stress 是一个 Linux系统压力测试工具，用作异常进程模拟平均负载升高的场景。

stress参数说明：

-? 显示帮助信息
-v 显示版本号
-q 不显示运行信息
-n，--dry-run 显示已经完成的指令执行情况
-t --timeout N 指定运行N秒后停止
--backoff N 等待N微妙后开始运行
-c --cpu 产生n个进程 每个进程都反复不停的计算随机数的平方根
-i --io 产生n个进程 每个进程反复调用sync()，sync()用于将内存上的内容写到硬盘上
-m --vm n 产生n个进程,每个进程不断调用内存分配malloc和内存释放free函数
--vm-bytes B 指定malloc时内存的字节数 (默认256MB)
--vm-hang N 指示每个消耗内存的进程在分配到内存后转入休眠状态，与正常的无限分配和释放内存的处理相反，这有利于模拟只有少量内存的机器
-d --hadd n 产生n个执行write和unlink函数的进程
--hadd-bytes B 指定写的字节数，默认是1GB
--hadd-noclean 不要将写入随机ASCII数据的文件Unlink

时间单位可以为秒s，分m，小时h，天d，年y，文件大小单位可以为K，M，G
sysstat 包含了常用的Linux性能工具，用来监控和分析系统的性能。

mpstat 是一个常用的多核 CPU性能分析工具，用来实时查看每个CPU 的性能指标，以及所有 CPU 的平均指标。
pidstat 是一个常用的进程性能分析工具，用来实时查看进程的CPU、内存、I/O 以及上下文切换等性能指标。
常用的参数：

-u：默认的参数，显示各个进程的cpu使用统计
-r：显示各个进程的内存使用统计
-d：显示各个进程的IO使用情况
-p：指定进程号
-w：显示每个进程的上下文切换情况
-t：显示选择任务的线程的统计信息外的额外信息
-T { TASK | CHILD | ALL }
这个选项指定了pidstat监控的。TASK表示报告独立的task，CHILD关键字表示报告进程下所有线程统计信息。ALL表示报告独立的task和task下面的所有线程。
注意：task和子线程的全局的统计信息和pidstat选项无关。这些统计信息不会对应到当前的统计间隔，这些统计信息只有在子线程kill或者完成的时候才会被收集。
-V：版本号
-h：在一行上显示了所有活动，这样其他程序可以容易解析。
-I：在SMP环境，表示任务的CPU使用率/内核数量
-l：显示命令名和所有参数
centos环境安装这两个工具
yum install stress

方式1：（不推荐，因为不能安装最新的版本，会导致没有%wait指标项）

yum install sysstat

方式2：使用rpm

wget -c http://pagesperso-orange.fr/sebastien.godard/sysstat-11.7.3-1.x86_64.rpm

rpm -Uvh sysstat-11.7.3-1.x86_64.rpm
方式1安装后显示的sysstat版本：

方式2安装后显示的sysstat版本：

场景1：CPU密集型进程
1.首先，模拟一个CPU使用率100%的场景。在第一个终端输入以下命令

stress --cpu 1 --timeout 600
2.接着在第二个终端输入uptime命令查看平均负载的变化情况。

watch -d uptime
image

wacht可以帮你检测一个命令的运行结果，省得你一遍遍手动运行。

命令参数：

-n或--interval watch缺省每2秒运行一下程序，可以用-n或-interval来指定间隔的时间。

-d或--differences 用-d或--differences 选项watch 会高亮显示变化的区域。 而-d=cumulative选项会把变动过的地方(不管最近的那次有没有变动)都高亮显示出来。

-t 或-no-title 会关闭watch命令在顶部的时间间隔,命令，当前时间的输出。

3.最后，在第三个终端运行mpstat查看CPU使用率的变化情况。

-P ALL 表示监控所有 CPU，后面数字 5 表示间隔 5 秒后输出一组数据

mpstat -P ALL 5 1

4.查看哪个进程导致CPU使用率为100%

间隔5s输出一组数据

pidstat -u 5 1
终端2的平均负载慢慢超过1，从终端3可以看到CPU使用率接近100%，而它的iowait为0。这说明，平均负载的升高正是由于CPU的使用率为100%

场景2：I/O密集型进程
1.首先，模拟I/O压力，及不停地执行sync:

-i = --io

stress -i 1 --timout 600
2.在第二个终端执行uptime查看平均负载的变化情况：

wathc -d uptime

3.在第三个终端执行mpstat查看CPU使用率情况：

mpstat [选项] [<时间间隔>] [<次数>]可对比下mpstat -P ALL 5 1

mpstat -P ALL 5

Average: CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle
Average: all 27.72 0.00 18.66 6.99 0.00 0.20 0.00 0.00 0.00 46.43
Average: 0 3.05 0.00 50.10 18.33 0.00 0.20 0.00 0.00 0.00 28.31
Average: 1 3.66 0.00 19.72 9.76 0.00 0.20 0.00 0.00 0.00 66.67
Average: 2 44.05 0.00 3.17 0.00 0.00 0.20 0.00 0.00 0.00 52.58
Average: 3 59.08 0.00 2.40 0.20 0.00 0.20 0.00 0.00 0.00 38.12
我们不难发现，平均负载会慢慢加到2.17,其中一个CPU的使用率达到
50.10，而iowait达到18.33。这说明平均负载的升高是由于大量I/O进程导致的。

4.查看是哪个进程导致iowait如何之高？

pidstat -u 5 1

Average: UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
Average: 0 9 0.00 0.20 0.00 0.80 0.20 - rcu_sched
Average: 0 23721 0.00 62.75 0.00 1.20 62.75 - stress
场景3：大量进程
当系统运行的进程超过CPU运行能力时，就会出现等待CPU的进程

1.在4个CPU机器，模拟8个进程

stress -c 8 --timout 600
2.因为只有4个CPU，少于8个进程，系统会处于过载状态。如下图，已经达到了12.24

watch -d uptime

3、接着用pidstat来看一下进程情况：

间隔5s输出一组数据，之后不再输出，如果想持续输出，则把1去掉

pidstat -u 5 1

09:54:54 AM UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
09:54:59 AM 0 15046 32.80 0.00 0.00 67.20 32.80 2 stress
09:54:59 AM 0 15047 38.80 0.00 0.00 61.20 38.80 1 stress
09:54:59 AM 0 15048 32.00 0.00 0.00 68.00 32.00 0 stress
09:54:59 AM 0 15049 51.40 0.00 0.00 48.80 51.40 2 stress
09:54:59 AM 0 15050 39.40 0.20 0.00 60.40 39.60 3 stress
09:54:59 AM 0 15051 27.00 0.00 0.00 72.40 27.00 1 stress
09:54:59 AM 0 15052 31.40 0.00 0.00 69.00 31.40 2 stress
09:54:59 AM 0 15053 31.80 0.00 0.00 67.80 31.80 3 stress
可以看出，8个进程在抢占4个CPU，每个进程等待CPU时间高达72.4%(看wait指标)。这些超出CPU计算能力的进程，最终导致CPU过载。

6、实验总结
导致CPU平均负载过高的原因有以下几点：

平均负载高有可能是CPU密集型进程导致；
平均负载高不一定是CPU使用率高了，还有可能是I/O更繁忙了；
当发现平均负载高了，可通过mpstat实时监控CPU，通过pidstat实时监控当前运行的进程。