Linux中怎么理解系統負載

2024-08-27 23:55:09

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　　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！

　　Linux中怎么理解系統負載

　　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
　　Linux中怎么理解系統負載

　　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

（編輯：武林網）

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