Linux CPU負載

Dus發表於2015-04-10
昨天檢視Nagios警報資訊,發現其中一臺伺服器CPU負載過重,機器為CentOS系統。資訊如下:
  1. 2011-2-15 (星期二) 17:50
  2. WARNING - load average: 9.73, 10.67, 10.49
還有前兩個小時發出的警報資訊:
  1. 2011-2-15 (星期二) 16:50
  2. WARNING - load average: 10.52, 10.10, 10.06
  1. 2011-2-15 (星期二) 15:40
  2. WARNING - load average: 8.27, 9.23, 9.48
 
一、警報資訊的三個引數到底是什麼意思?
9.73、10.67、10.49分別代表前一分鐘,五分鐘,十五分鐘的平均CPU負載,最重要的指標是最後一個數字,即前15分鐘的平均CPU負載,這個數字越小越好。所謂CPU負載指的是一段時間內任務佇列的長度,通俗的講,就是一段時間內一共有多少任務在使用或等待使用CPU。
 
二、除了Nagios,還有哪些工具可以檢視CPU負載?
可以使用top命令、uptime命令,特別是top命令,功能強大,不僅僅可以用來檢視CPU負載。
 
三、CPU負載怎麼理解?是不是CPU利用率?
這裡要區別CPU負載和CPU利用率,它們是不同的兩個概念,但它們的資訊可以在同一個top命令中進行顯示。CPU利用率顯示的是程式在執行期間實時佔用的CPU百分比,而CPU負載顯示的是一段時間內正在使用和等待使用CPU的平均任務數。CPU利用率高,並不意味著負載就一定大。網上有篇文章舉了一個有趣比喻,拿打電話來說明兩者的區別,我按自己的理解闡述一下。
某公用電話亭,有一個人在打電話,四個人在等待,每人限定使用電話一分鐘,若有人一分鐘之內沒有打完電話,只能掛掉電話去排隊,等待下一輪。電話在這裡就相當於CPU,而正在或等待打電話的人就相當於任務數。
在電話亭使用過程中,肯定會有人打完電話走掉,有人沒有打完電話而選擇重新排隊,更會有新增的人在這兒排隊,這個人數的變化就相當於任務數的增減。為了統計平均負載情況,我們5秒鐘統計一次人數,並在第1、5、15分鐘的時候對統計情況取平均值,從而形成第1、5、15分鐘的平均負載。
有的人拿起電話就打,一直打完1分鐘,而有的人可能前三十秒在找電話號碼,或者在猶豫要不要打,後三十秒才真正在打電話。如果把電話看作CPU,人數看作任務,我們就說前一個人(任務)的CPU利用率高,後一個人(任務)的CPU利用率低。
當然, CPU並不會在前三十秒工作,後三十秒歇著,只是說,有的程式涉及到大量的計算,所以CPU利用率就高,而有的程式牽涉到計算的部分很少,CPU利用率自然就低。但無論CPU的利用率是高是低,跟後面有多少任務在排隊沒有必然關係。
 
四、瞭解了CPU負載的含義,我們如何來降低伺服器的CPU負載呢?
最簡單辦法的是更換效能更好的伺服器,不要想著僅僅提高CPU的效能,那沒有用,CPU要發揮出它最好的效能還需要其它軟硬體的配合。
在伺服器其它方面配置合理的情況下,CPU數量和CPU核心數(即核心數)都會影響到CPU負載,因為任務最終是要分配到CPU核心去處理的。兩塊CPU要比一塊CPU好,雙核要比單核好。
因此,我們需要記住,除去CPU效能上的差異,CPU負載是基於核心數來計算的!有一個說法,“有多少核心,即有多少負載”。
 
五、那麼,本文開頭的CPU負載分擔到每個CPU上的負載是多少呢?那就要看我這臺伺服器有一共有多少個核心了。
Linux裡有一個/proc目錄,存放的是當前執行系統的虛擬對映,其中有一個檔案為cpuinfo,這個檔案裡存放著CPU的資訊。我們可以直接開啟檢視,或者過濾關鍵字進行檢視,因為檔案內容比較多,所以一般我們需要過濾關鍵字。
/proc/cpuinfo檔案按邏輯CPU而非真實CPU分段落顯示資訊,每個邏輯CPU的資訊佔用一個段落,第一個邏輯CPU標識從0開始。我們首先要明白這一點,至於什麼是邏輯CPU,下面會提到。要理解該檔案中的CPU資訊,有幾個相關的概念要知道:
processor:邏輯CPU的標識
model name:真實CPU的型號資訊
physical id:真實CPU和標識
cpu cores:真實CPU的核心數
 
  1. $>grep ‘model name’ /proc/cpuinfo |uniq
  2. model name : Intel(R) Xeon(R) CPU E5320 @ 1.86GHz
  1. $>grep ‘physical id’ /proc/cpuinfo |sort |uniq |wc -l
  2. 2
  1. $>grep ‘cpu cores’ /proc/cpuinfo |uniq
  2. 2
可以看出,該伺服器CPU型號為Intel(R) Xeon(R) CPU E5320,雙CPU,每個CPU都是雙核,相當於伺服器有4個核心。
前面我們說CPU負載是基於CPU核心數計算的,那麼以前十五分鐘的平均負載數10.49為例,我們可以得出,這臺伺服器每個CPU的負載為5.245,再分配到核心上,每個核心的負載為2.6左右。
這個負載是否是合理的呢?那就要看理想CPU負載的標準是什麼樣子的了。
 
六、CPU負載為多少才算比較理想?
這個有爭議,各有各的說法,我個人比較贊同CPU負載小於等於0.7算是一種理想狀態。
不管某個CPU的效能有多好,1秒鐘能處理多少任務,我們可以認為它無關緊要,雖然事實並非如此。在評估CPU負載時,我們只以5秒鐘為單位為統計任務佇列長度。如果每隔5秒鐘統計的時候,發現任務佇列長度都是1,那麼CPU負載就為1。假如我們只有一個單核的CPU,負載一直為1,意味著沒有任務在排隊,還不錯。
上面提到的我那臺伺服器,是雙核又CPU,等於是有4個核心,每個核心的負載為1的話,總負載為4。這就是說,如果我那臺伺服器的CPU負載長期保持在4左右,還可以接受。但實際上CPU負載已經達到9以上了,所以就很麻煩了。
 
但是每個核心的負載為1,並不能算是一種理想狀態!這意味著我們的CPU一直很忙,不得清閒。網上有說理想的狀態是每個核心的負載為0.7左右,我比較贊同,0.7乘以核心數,得出伺服器理想的CPU負載,比如我這臺伺服器,負載在3.0以下就可以。
 
七、下面關於邏輯CPU的描述,全部來自網上:
現在的伺服器一般都使用了“超執行緒”(Hyper-Threading,簡稱HT)技術來提高CPU的效能。超執行緒技術是在一顆CPU同時執行多個程式而共同分享一顆CPU內的資源,理論上要像兩顆CPU一樣在同一時間執行兩個執行緒。
雖然採用超執行緒技術能同時執行兩個執行緒,但它並不象兩個真正的CPU那樣,每各CPU都具有獨立的資源。當兩個執行緒都同時需要某一個資源時,其中一個要暫時停止,並讓出資源,直到這些資源閒置後才能繼續。因此超執行緒的效能並不等於兩顆CPU的效能。
具有超執行緒技術的CPU還有一些其它方面的限制。

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