Linux中怎么理解系統負載

這篇文章主要介紹“Linux中怎么理解系統負載”，在日常操作中，相信很多人在Linux中怎么理解系統負載問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Linux中怎么理解系統負載”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

一般在類unix系統上，都會有系統負載（load average）這個指標，用來形容系統的繁忙程度，值越大則代表系統越繁忙。

查看負載

$ uptime
19:59:57 up 29 days,  7:08,  1 user,  load average: 0.57, 0.26, 0.18

我們關注load average后的3個值，分別代表1分鐘、5分鐘、15分鐘的系統平均負載，如果1分鐘值>5分鐘值>15分鐘值，則代表近15分鐘內系統壓力越來越大，反之亦然。

同樣，在top命令的第一行，也能看到系統負載，它的含義和uptime是一樣的。

負載是什么

一般來說，系統線程基本都在這3個狀態上：運行中，可運行，阻塞等待，其中，運行中的線程正在CPU上跑，可運行的線程等待CPU調度，而阻塞的線程等待鎖釋放或io完成。

在傳統unix系統上（如BSD），系統負載由正在運行的線程以及可運行的線程這2個部分組成。

它能很好的說明CPU的飽和情況，比如4核的CPU，如果負載一直高于4，那說明CPU資源飽和了。

而Linux擴大了負載的定義，如下：

Linux負載由正在運行的線程和可運行的線程，以及D狀態的線程(一般是等待io完成)這3個部分組成。

因為Linux認為，雖然D狀態的線程并不消耗CPU資源，但是它會消耗磁盤、網卡等硬件資源以及鎖這樣的軟件資源，因此它也應該被用來計算系統負載，想來也合理，畢竟系統負載是用來描述整個系統的繁忙程度的，而不僅僅是CPU的。

線程狀態D

在Linux里面，線程有如下常見狀態：

• R: 正在運行或可運行狀態

• S: 睡眠狀態，被阻塞等待喚醒

• D: 不可中斷睡眠狀態，一般是等待io完成

這里面的R與D狀態的線程會影響系統負載，因此，當系統負載較高時，可以通過如下命令了解是哪些線程導致的：

ps -eLo pid,tid,stat,comm | grep -E " R|D"

小實驗:將系統負載升到100

# 使用vfork函數創建一個子進程，子進程如果不調用exec系統調用，它的狀態會一直是D。

$ cat uninterruptible.c 
int main() {
    vfork();
    sleep(600);
    return 0;
}
# 編譯成可執行程序
$ gcc -o uninterruptible uninterruptible.c
# 運行100個程序
$ for i in {1..100}; do ./uninterruptible &; done

等待1分鐘，就會發現系統負載升到了快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狀態的進程
$ 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，通過ps命令可以看到線程狀態，還有一個wchan字段，它顯示的是線程當前被阻塞在什么內核函數上，這能看出一些蛛絲馬跡。

另外，通過/proc/sysrq-trigger可以看到D線程阻塞時的代碼路徑，如下：

# 寫入一個w即可，需要root權限執行
$ echo w > /proc/sysrq-trigger
# 然后內核會把D狀態線程調用棧輸出到內核日志，這可以通過dmesg查看
$ dmesg

這里就能很清楚的看到，是由于vfork系統調用引起的負載上升。

之前介紹過bcc工具集里的offcputime工具，它可以用來繪制offcpu火焰圖，同樣的，診斷高負載問題時，也可以用這個工具，傳一個參數，讓其只關注D狀態線程的offcpu行為即可，如下：

# ubuntu安裝bcc工具集
$ sudo apt install bpfcc-tools
# 使用root身份進入bash
$ sudo bash
# --state 2用于指定抓取TASK_UNINTERRUPTIBLE即D狀態線程的offcpu棧
$ offcputime-bpfcc -K --state 2 -f 60  > d_state_offcpu_stack.out
# 繪制為offcpu火焰圖
$ awk '{ print $1, $2 / 1000 }' d_state_offcpu_stack.out | ./FlameGraph/flamegraph.pl --color=io --countname=ms > d_state_offcpu.svg

到此，關于“Linux中怎么理解系統負載”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！