一般我們覺得系統(tǒng)變慢了，都會執(zhí)行 top 或者 uptime 命令，來了解系統(tǒng)的負載情況。

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uptime
 11:29:06 up 0 min,  2 users,  load average: 1.21, 0.29, 0.10
 // 當(dāng)前時間    // 系統(tǒng)運行時間  // 正在登錄用戶數(shù)   //1 分鐘、5 分鐘、15 分鐘的平均負載

概念：

平均負載是指單位時間內(nèi)，系統(tǒng)處于可運行狀態(tài)和不可中斷狀態(tài)的平均進程數(shù)，也就是平均活躍進程數(shù)，它和 CPU 使用率并沒有直接關(guān)系。

1. 可運行狀態(tài)的進程，是指正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的進程，也就是我們常用 ps 命令看到的，處于 R 狀態(tài)（Running 或 Runnable）的進程。
2. 不可中斷狀態(tài)的進程則是正處于內(nèi)核態(tài)關(guān)鍵流程中的進程，并且這些流程是不可打斷的。比如最常見的是等待硬件設(shè)備的 I/O 響應(yīng)，也就是我們在 ps 命令中看到的 D 狀態(tài)（Uninterruptible Sleep，也稱為 Disk Sleep）的進程。

平均負載多少合適

本質(zhì)：平均負載其實就是平均活躍進程數(shù)。

理想的，就是每個 CPU 上都剛好運行著一個進程，這樣每個 CPU 都得到了充分利用。

當(dāng)平均負載高于 CPU 數(shù)量 70% 的時候，你就應(yīng)該分析排查負載高的問題了。

平均負載為 2 時：
只有 2 個 CPU 的系統(tǒng)上，意味著所有的 CPU 都剛好被完全占用。
4 個 CPU 的系統(tǒng)上，意味著 CPU 有 50% 的空閑。
1 個 CPU 的系統(tǒng)中，則意味著有一半的進程競爭不到 CPU。

如何獲取CPU的個數(shù)：文件 /proc/cpuinfo 中獲取個數(shù)。

grep 'model name' /proc/cpuinfo |wc -l
2

平均負載與 CPU 使用率區(qū)分

平均負載是指單位時間內(nèi)，處于可運行狀態(tài)和不可中斷狀態(tài)的進程數(shù)，不僅包括了正在使用 CPU 的進程，還包括等待 CPU 和等待 I/O 的進程。

CPU 使用率，是單位時間內(nèi) CPU 繁忙情況的統(tǒng)計，跟平均負載并不一定完全對應(yīng)。

CPU 密集型進程，使用大量 CPU 會導(dǎo)致平均負載升高，此時這兩者是一致的；
I/O 密集型進程，等待 I/O 也會導(dǎo)致平均負載升高，但 CPU 使用率不一定很高；
大量等待 CPU 的進程調(diào)度也會導(dǎo)致平均負載升高，此時的 CPU 使用率也會比較高。

CPU 使用率

Linux 作為一個多任務(wù)操作系統(tǒng)，將每個 CPU 的時間劃分為很短的時間片，再通過調(diào)度器輪流分配給各個任務(wù)使用。

維護 CPU 時間，Linux 通過事先定義的節(jié)拍率（內(nèi)核中表示為 HZ），觸發(fā)時間中斷，并使用全局變量 Jiffies 記錄了開機以來的節(jié)拍數(shù)。每發(fā)生一次時間中斷，Jiffies 的值就加 1。

因為節(jié)拍率 HZ 是內(nèi)核選項，為了方便用戶空間程序，內(nèi)核還提供了一個用戶空間節(jié)拍率 USER_HZ，它總是固定為 100，也就是 1/100 秒。

Linux 通過 /proc 虛擬文件系統(tǒng)，向用戶空間提供了系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的信息，而 /proc/stat 提供的就是系統(tǒng)的 CPU 和任務(wù)統(tǒng)計信息。

cat /proc/stat
//user 用戶態(tài)時間nice 用戶態(tài)時間(低優(yōu)先級，nice>0)
//system 內(nèi)核態(tài)時間  idle 空閑時間
//iowait I/O等待時間
//irq 硬中斷  softirq 軟中斷

//CPU指標(biāo)：user，nice, system, idle, iowait, irq, softirq
cpu  130216 19944 162525 1491240 3784 24749 17773 0 0 0
cpu0 40321 11452 49784 403099 2615 6076 6748 0 0 0
cpu1 26585 2425 36639 151166 404 2533 3541 0 0 0
cpu2 22555 2957 31482 152460 330 2236 2473 0 0 0
cpu3 15232 1243 20945 153740 303 1985 3432 0 0 0
cpu4 5903 595 6017 157410 30 10959 605 0 0 0
cpu5 4716 380 3794 157909 23 118 181 0 0 0
cpu6 8001 515 8995 157571 48 571 180 0 0 0
cpu7 6903 377 4869 157885 31 271 613 0 0 0

intr ...   //系統(tǒng)啟動以來的所有interrupts的次數(shù)情況
ctxt 22523049  //系統(tǒng)上下文切換次數(shù)
btime 1500827856  //啟動時長(單位:秒)，從Epoch(即1970零時)開始到系統(tǒng)啟動所經(jīng)過的時長，每次啟動會改變。
processes 23231  //系統(tǒng)啟動后所創(chuàng)建過的進程數(shù)量。當(dāng)短時間該值特別大，系統(tǒng)可能出現(xiàn)異常
procs_running 1  // 處于Runnable狀態(tài)的進程個數(shù)
procs_blocked 0  // 處于等待I/O完成的進程個數(shù)
softirq 3552900 843593 733695 19691 93143 468832 12783 257382 610426 0 513355

時間單位，sysconf(_SC_CLK_TCK)一般地定義為jiffies(一般地等于10ms)

iowait時間是不可靠值，理由如下：
CPU不會等待I/O執(zhí)行完成，而iowait是等待I/O完成的時間。 當(dāng)CPU進入idle狀態(tài)，很可能會調(diào)度另一個task執(zhí)行，所以iowait計算時間偏?。?/p>

計算方法

根據(jù)這個公式，我們就可以從 /proc/stat 中的數(shù)據(jù)，很容易地計算出 CPU 使用率。當(dāng)然，也可以用每一個場景的 CPU 時間，除以總的 CPU 時間，計算出每個場景的 CPU 使用率。

這是開機以來的節(jié)拍數(shù)累加值，所以直接算出來的，是開機以來的平均 CPU 使用率，一般沒啥參考價值。

為了計算 CPU 使用率，性能工具一般都會取間隔一段時間（比如 3 秒）的兩次值，作差后，再計算出這段時間內(nèi)的平均 CPU 使用率，即

top 默認(rèn)使用 3 秒時間間隔，而 ps 使用的卻是進程的整個生命周期。

CPU 使用率過高排查

1.通過 top、ps、pidstat 等工具，你能夠輕松找到 CPU 使用率較高（比如 100% ）的進程。
2.尋找占用 CPU 的到底是代碼里的哪個函數(shù)呢。

perf：perf 是 Linux 2.6.31 以后內(nèi)置的性能分析工具。它以性能事件采樣為基礎(chǔ)，不僅可以分析系統(tǒng)的各種事件和內(nèi)核性能，還可以用來分析指定應(yīng)用程序的性能問題。

$ perf top
Samples: 833  of event 'cpu-clock', Event count (approx.): 97742399
Overhead  Shared Object       Symbol
   7.28%  perf                [.] 0x00000000001f78a4
   4.72%  [kernel]            [k] vsnprintf
   4.32%  [kernel]            [k] module_get_kallsym
   3.65%  [kernel]            [k] _raw_spin_unlock_irqrestore
...

#離線采集分析   -g 參數(shù)，開啟調(diào)用關(guān)系的采樣
perf record -g # 按 Ctrl+C 終止采樣
perf report # 展示類似于 perf top 的報告

第一行包含三個數(shù)據(jù)，分別是采樣數(shù)（Samples）、事件類型（event）和事件總數(shù)量（Event count）。比如這個例子中，perf 總共采集了 833 個 CPU 時鐘事件，而總事件數(shù)則為 97742399。

第一列 Overhead ，是該符號的性能事件在所有采樣中的比例，用百分比來表示。
第二列 Shared ，是該函數(shù)或指令所在的動態(tài)共享對象（Dynamic Shared Object），如內(nèi)核、進程名、動態(tài)鏈接庫名、內(nèi)核模塊名等。
第三列 Object ，是動態(tài)共享對象的類型。比如 [.] 表示用戶空間的可執(zhí)行程序、或者動態(tài)鏈接庫，而 [k] 則表示內(nèi)核空間。
最后一列 Symbol 是符號名，也就是函數(shù)名。當(dāng)函數(shù)名未知時，用十六進制的地址來表示。

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本文題目：Linux-CPU之平均負載-創(chuàng)新互聯(lián)
鏈接地址：http://chinadenli.net/article2/psioc.html

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