Linux中怎么理解系统负载

2024-08-27 23:55:09

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供稿：网友

　　这篇文章主要介绍“Linux中怎么理解系统负载”，在日常操作中，相信很多人在Linux中怎么理解系统负载问题上存在疑惑，小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答”Linux中怎么理解系统负载”的疑惑有所帮助！接下来，请跟着小编一起来学习吧！

　　Linux中怎么理解系统负载

　　一般在类unix系统上，都会有系统负载（load average）这个指标，用来形容系统的繁忙程度，值越大则代表系统越繁忙。

　　查看负载

　　$ uptime
　　19:59:57 up 29 days, 7:08, 1 user, load average: 0.57, 0.26, 0.18
　　我们关注load average后的3个值，分别代表1分钟、5分钟、15分钟的系统平均负载，如果1分钟值>5分钟值>15分钟值，则代表近15分钟内系统压力越来越大，反之亦然。

　　同样，在top命令的第一行，也能看到系统负载，它的含义和uptime是一样的。

　　负载是什么

　　一般来说，系统线程基本都在这3个状态上：运行中，可运行，阻塞等待，其中，运行中的线程正在CPU上跑，可运行的线程等待CPU调度，而阻塞的线程等待锁释放或io完成。

　　在传统unix系统上（如BSD），系统负载由正在运行的线程以及可运行的线程这2个部分组成。

　　它能很好的说明CPU的饱和情况，比如4核的CPU，如果负载一直高于4，那说明CPU资源饱和了。

　　而Linux扩大了负载的定义，如下：

　　Linux负载由正在运行的线程和可运行的线程，以及D状态的线程(一般是等待io完成)这3个部分组成。

　　因为Linux认为，虽然D状态的线程并不消耗CPU资源，但是它会消耗磁盘、网卡等硬件资源以及锁这样的软件资源，因此它也应该被用来计算系统负载，想来也合理，毕竟系统负载是用来描述整个系统的繁忙程度的，而不仅仅是CPU的。

　　线程状态D

　　在Linux里面，线程有如下常见状态：

　　R: 正在运行或可运行状态
　　S: 睡眠状态，被阻塞等待唤醒
　　D: 不可中断睡眠状态，一般是等待io完成
　　这里面的R与D状态的线程会影响系统负载，因此，当系统负载较高时，可以通过如下命令了解是哪些线程导致的：

　　ps -eLo pid,tid,stat,comm | grep -E " R|D"
　　小实验:将系统负载升到100

　　# 使用vfork函数创建一个子进程，子进程如果不调用exec系统调用，它的状态会一直是D。

　　$ cat uninterruptible.c
　　int main() {
　　    vfork();
　　    sleep(600);
　　    return 0;
　　}
　　# 编译成可执行程序
　　$ gcc -o uninterruptible uninterruptible.c
　　# 运行100个程序
　　$ for i in {1..100}; do ./uninterruptible &; done
　　等待1分钟，就会发现系统负载升到了快100，如下：

　　$ uptime
　　20:24:42 up 29 days, 7:32, 1 user, load average: 99.94, 74.82, 35.87
　　# 可以看到很多D状态的进程
　　$ ps -eLo pid,tid,stat,pcpu,wchan:32,comm | grep " D"
　　3774195 3774195 D     0.0 do_fork                          uninterruptible
　　3774196 3774196 D     0.0 do_fork                          uninterruptible
　　3774197 3774197 D     0.0 do_fork                          uninterruptible
　　3774198 3774198 D     0.0 do_fork                          uninterruptible
　　如上，通过ps命令可以看到线程状态，还有一个wchan字段，它显示的是线程当前被阻塞在什么内核函数上，这能看出一些蛛丝马迹。

　　另外，通过/proc/sysrq-trigger可以看到D线程阻塞时的代码路径，如下：

　　# 写入一个w即可，需要root权限执行
　　$ echo w > /proc/sysrq-trigger
　　# 然后内核会把D状态线程调用栈输出到内核日志，这可以通过dmesg查看
　　$ dmesg
　　Linux中怎么理解系统负载

　　这里就能很清楚的看到，是由于vfork系统调用引起的负载上升。

　　之前介绍过bcc工具集里的offcputime工具，它可以用来绘制offcpu火焰图，同样的，诊断高负载问题时，也可以用这个工具，传一个参数，让其只关注D状态线程的offcpu行为即可，如下：

　　# ubuntu安装bcc工具集
　　$ sudo apt install bpfcc-tools
　　# 使用root身份进入bash
　　$ sudo bash
　　# --state 2用于指定抓取TASK_UNINTERRUPTIBLE即D状态线程的offcpu栈
　　$ offcputime-bpfcc -K --state 2 -f 60 > d_state_offcpu_stack.out
　　# 绘制为offcpu火焰图
　　$ awk '{ print $1, $2 / 1000 }' d_state_offcpu_stack.out | ./FlameGraph/flamegraph.pl --color=io --countname=ms > d_state_offcpu.svg

（编辑：武林网）

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