Linux 下 CPU 使用率与机器负载的关系与区别

当我们使用top命令查看系统的资源使用情况时会看到 load average，如下图所示。它表示系统在1、5、15分钟的平均工作负载。那么什么是负载(load)呢？它和CPU的利用率又有什么关系呢？

load average:系统平均负载是CPU的Load，它所包含的信息不是CPU的使用率状况，而是在一段时间内CPU正在处理以及等待CPU处理的进程数之和的统计信息，也就是CPU使用队列的长度的统计信息。这个数字越小越好。

1. CPU负载和CPU利用率的区别

CPU利用率：显示的是程序在运行期间实时占用的CPU百分比CPU负载：显示的是一段时间内正在使用和等待使用CPU的平均任务数。CPU利用率高，并不意味着负载就一定大。举例来说：如果我有一个程序它需要一直使用CPU的运算功能，那么此时CPU的使用率可能达到100%，但是CPU的工作负载则是趋近于“1”，因为CPU仅负责一个工作嘛！如果同时执行这样的程序两个呢？CPU的使用率还是100%，但是工作负载则变成2了。所以也就是说，当CPU的工作负载越大，代表CPU必须要在不同的工作之间进行频繁的工作切换。举例说明网上有篇文章举了一个有趣比喻，拿打电话来说明两者的区别，我按自己的理解阐述一下。某公用电话亭，有一个人在打电话，四个人在等待，每人限定使用电话一分钟，若有人一分钟之内没有打完电话，只能挂掉电话去排队，等待下一轮。电话在这里就相当于CPU，而正在或等待打电话的人就相当于任务数。在电话亭使用过程中，肯定会有人打完电话走掉，有人没有打完电话而选择重新排队，更会有新增的人在这儿排队，这个人数的变化就相当于任务数的增减。为了统计平均负载情况，我们5分钟统计一次人数，并在第1、5、15分钟的时候对统计情况取平均值，从而形成第1、5、15分钟的平均负载。有的人拿起电话就打，一直打完1分钟，而有的人可能前三十秒在找电话号码，或者在犹豫要不要打，后三十秒才真正在打电话。如果把电话看作CPU，人数看作任务，我们就说前一个人（任务）的CPU利用率高，后一个人（任务）的CPU利用率低。当然， CPU并不会在前三十秒工作，后三十秒歇着，只是说，有的程序涉及到大量的计算，所以CPU利用率就高，而有的程序牵涉到计算的部分很少，CPU利用率自然就低。但无论CPU的利用率是高是低，跟后面有多少任务在排队没有必然关系。

2. 负载为多少才算比较理想？

这个有争议，各有各的说法，个人比较赞同CPU负载小于等于0.5算是一种理想状态。不管某个CPU的性能有多好，1秒钟能处理多少任务，我们可以认为它无关紧要，虽然事实并非如此。在评估CPU负载时，我们只以5分钟为单位为统计任务队列长度。如果每隔5分钟统计的时候，发现任务队列长度都是1，那么CPU负载就为1。假如我们只有一个单核的CPU，负载一直为1，意味着没有任务在排队，还不错。但是我那台服务器，是双核CPU，等于是有4个内核，每个内核的负载为1的话，总负载为4。这就是说，如果我那台服务器的CPU负载长期保持在4左右，还可以接受。但是每个内核的负载为1，并不能算是一种理想状态！这意味着我们的CPU一直很忙，不得清闲。网上有说理想的状态是每个内核的负载为0.7左右，我比较赞同，0.7乘以内核数，得出服务器理想的CPU负载，比如我这台服务器，负载在3.0以下就可以。

3. 如何来降低服务器的CPU负载？

最简单办法的是更换性能更好的服务器，不要想着仅仅提高CPU的性能，那没有用，CPU要发挥出它最好的性能还需要其它软硬件的配合。在服务器其它方面配置合理的情况下，CPU数量和CPU核心数（即内核数）都会影响到CPU负载，因为任务最终是要分配到CPU核心去处理的。两块CPU要比一块CPU好，双核要比单核好。因此，我们需要记住，除去CPU性能上的差异，CPU负载是基于内核数来计算的！有一个说法，“有多少内核，即有多少负载”。

4. CPU使用率到多少才算比较理想？