效能測試必備知識（3）- 深入理解“平均負載”
阿新 • • 發佈：2020-07-16
做效能測試的必備知識系列，可以看下面連結的文章哦
https://www.cnblogs.com/poloyy/category/1806772.html
uptime 命令入門
每次發現系統變慢時，通常做的第一件事，就是執行 top 或者 uptime 命令，來了解系統的負載情況
六個引數講解
| 引數 | 含義 |
| 10:08:47 | 當前時間 |
| up 10:24 | 系統執行時間 |
| 1 user | 正在登入使用者數 |
| 0.13 | 過去 1 分鐘的平均負載 |
| 0.09 | 過去 5 分鐘的平均負載 |
| 0.03 | 過去 15 分鐘的平均負載 |
靈魂拷問
平均負載就是單位時間內的 CPU 使用率嗎？上面的0.13，代表 CPU 使用率是13%是嗎？
靈魂回答
其實並不是這樣的，我們通過 man uptime 檢視 uptime 命令的解釋
接下來，我們可以進入下一個知識點了
什麼是平均負載？
簡單來說
單位時間內，系統處於可執行狀態和不可中斷狀態的平均程序數，也就是平均活躍程序數，它和 CPU 使用率並沒有直接關係
可執行狀態的程序
正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的程序，在 ps 命令看到的，處於 R 狀態（Running 或 Runnable）的程序
不可中斷狀態的程序
- 正處於核心態關鍵流程中的程序，並且這些流程是不可打斷的
- 比如：最常見的是等待硬體裝置的 I/O 響應，也就是在 ps 命令中看到的 D 狀態（Uninterruptible Sleep，也稱為 Disk Sleep）的進
不可中斷狀態程序的具體栗子
- 一個程序向磁碟讀寫資料時，為了保證資料的一致性，在得到磁盤迴復前，它是不能被其他程序或者中斷打斷的，這個時候的程序就處於不可中斷狀態
- 如果此時的程序被打斷了，就容易出現磁碟資料與程序資料不一致的問題
總結
- 不可中斷狀態實際上是系統對程序和硬體裝置的一種保護機制
- 平均負載可理解成平均活躍程序數
- 平均活躍程序數，就是單位時間內的活躍程序數
平均負載的理想狀態
每個 CPU 上都剛好執行著一個程序，這樣每個 CPU 都得到了充分利用
栗子
比如平均負載 = 2時
- 當系統有 2 個 CPU，意味著所有 CPU 剛好被完全佔用
- 當系統有 4 個 CPU，意味著有 50% 的 CPU 是空閒的
- 當系統有 1 個 CPU，意味著一半的程序競爭不到 CPU
平均負載為多少時合理
靈魂拷問一
在 uptime 命令的結果裡，那三個時間段的平均負載數，多大的時候能說明系統負載高？或是多小的時候就能說明系統負載很低呢？
回答
- 首先，我們得知道 CPU 數量，可以檢視這篇部落格：https://www.cnblogs.com/poloyy/p/13307051.html
- 當平均負載比 CPU 數量還大的時候，系統已出現了過載
靈魂拷問二
平均負載有三個數值，到底該參考哪一個呢？
回答
都要看，三個不同時間間隔的平均值，提供了分析系統負載趨勢的資料來源，可以更全面地瞭解目前的負載狀態
參考栗子
- 1 分鐘、5 分鐘、15 分鐘的三個值基本相同，相差不大：系統負載很平穩
- 1 分鐘的值遠小於 15 分鐘的值：系統最近 1 分鐘的負載在減少，而過去 15 分鐘內卻有很大的負載
- 1 分鐘的值遠大於 15 分鐘的值：系統最近 1 分鐘的負載在增加，這種情況需要觀察，因為可能是臨時性的，也可能是持續性；
- 一旦 1 分鐘的平均負載接近或超過了 CPU 的個數，就意味著系統正在發生過載的問題，這時就得分析調查是哪裡導致的問題，並要想辦法優化了
實際栗子
假設在一個單 CPU 系統上看到平均負載為 1.73，0.60，7.98
- 1 分鐘內：系統有 73% 的超載
- 15分鐘內：系統有 698% 的超載
- 從整體趨勢來看：系統的負載在降低
靈魂拷問三
在實際生產環境中，平均負載多高時，需要重點關注？
回答
- 當平均負載高於 CPU 數量 70% 的時候，就應該考慮分析排查負載高的問題了
- 一旦負載過高，可能導致程序響應變慢，進而影響服務的正常功能
- 但 70% 這個數字只是建議，可根據業務變化
- 最好的辦法還是將系統的平均負載監控起來，然後根據更多的歷史資料，判斷負載的變化趨勢
- 當發現負載有明細升高趨勢時，比如：負載翻倍了，再去做分析和調查
平均負載和 CPU 使用率的關係
提出疑問
平均負載就是平均活躍程序數，那活躍程序數多了，不就等於 CPU 使用率高嘛？
回答
- 前面說到，平均負載時指單位時間內，處於可執行狀態和不可中斷狀態的程序數
- 這裡包括了：正在使用 CPU 的程序，等待使用 CPU 的程序，等待 I/O 的程序
- 而 CPU 使用率，是單位時間內 CPU 繁忙情況的統計，跟平均負載並不一定完全對應
平均負載和 CPU 使用率的一些小栗子
- CPU 密集型程序：使用大量 CPU 會導致平均負載升高，此時兩者是一致的
- I/O密集型程序：等待 I/O 也會導致平均負載身高，但 CPU 使用率不一定很高
- 大量等待 CPU 的程序排程也會導致平均負載升高，此時的 CPU 使用率也會比較高