Linux已成為事實上企業級伺服器OS的首選,PostgreSQL在Linux上的"裝機量"不在少數,在對資料庫的效能進行最佳化和調整時,同時也必須考慮到Linux的最佳化和調整.
本節簡單介紹了Linux效能監控中的兩個容易混淆的概念:CPU使用率和平均負載.

日常使用中最為常見的效能監控工是top,下面來看看top的輸出:
```
top - 14:20:02 up  2:19,  3 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.07
Tasks: 126 total,   1 running, 125 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  0.2 us,  0.7 sy,  0.0 ni, 99.2 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem :  3873760 total,   288164 free,    87888 used,  3497708 buff/cache
KiB Swap:  1048572 total,   970292 free,    78280 used.  2952064 avail Mem

PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                
    1 root      20   0  193748   3452   2240 S   0.7  0.1   0:05.85 systemd                
  917 dbus      20   0   32780   1028    704 S   0.7  0.0   0:00.30 dbus-daemon            
   17 root      rt   0       0      0      0 S   0.3  0.0   0:09.25 migration/2            
  559 root      20   0       0      0      0 S   0.3  0.0   0:17.53 kworker/2:2            
  912 root      20   0   24204   1020    864 S   0.3  0.0   0:00.36 systemd-logind         
  915 root      20   0  216908    476    440 S   0.3  0.0   0:00.04 abrt-watch-log       
....
```
輸出的第1行
```
top - 14:20:02 up  2:19,  3 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.07
```
其中load average: 0.00, 0.01, 0.07是過去1分鐘/5分鐘/15分鐘的load average(平均負載).
這個平均負載是什麼意思呢?按大神Brendan Gregg的說法,平均負載是指系統可執行狀態和不可中斷狀態的平均程式數,也就是平均活躍程式數,它和CPU使用並沒有直接的關係.可執行狀態程式包括正在使用CPU或者正在等待CPU的程式,不可中斷狀態是指正處於核心態不可中斷關鍵流程中的程式,比如硬體裝置的I/O響應等,透過top或ps命令看的D狀態程式就是這種狀態.

輸出的第3行
```
%Cpu(s):  0.2 us,  0.7 sy,  0.0 ni, 99.2 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
```
這是CPU使用率,其中us為使用者態使用佔比,sy是系統態佔比,ni是使用nice加權程式分配的使用者態佔比,id是空閒佔比,wa是等待使用CPU佔用,hi是硬中斷佔比,si是軟中斷佔比,st(steal)是虛擬機器使用佔比,這些項加起來應為100%.

為了更好理解平均負載和CPU使用率,以高速公路收費站來打個比喻,假設某高速收費站有8個收費口.
1.如果沒有車透過,那麼收費站的負載為0;
2.如果同時只有4輛車繳費透過,那麼負載為4;
3.如果同時有8輛車,那麼負載為8;
4.如果有8輛車在繳費,同時每個收費口又有1輛車在等待,那麼負載為16,這時候其實收費站已過載;
5.如果有8輛車在繳費,同時每個收費口還有(n-1)\*8(n>3)輛車在等待,那麼負載將會是n\*8,這時候收費站已嚴重過載,會出現嚴重擁堵;
這是平均負載,下面說說CPU使用率.
1.如果收費口和車主全部使用ETC繳費,那麼使用率很高;
2.如果某些收費口使用人工收費,但支援微信或支付寶,車主只需要刷卡就走,準備繳費的時間不長,因此使用率也不低;
3.如果某些收費口使用人工收費,但只能現金收費,那掏錢/找錢這些無用功佔比就較高,這樣使用率就變得較低.

透過這個比喻可以看出,平均負載和使用率並沒有必然的關係,負載高CPU使用率不一定高,CPU使用率高負載並不見得會高.
下面是使用benchmarksql對PG進行壓力下使用top的輸出:
```
top - 14:51:33 up  2:50,  3 users,  load average: 22.34, 9.89, 3.81
Tasks: 153 total,   7 running, 146 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  7.9 us,  5.2 sy,  0.0 ni, 23.3 id, 47.6 wa,  0.0 hi, 16.0 si,  0.0 st
KiB Mem :  3873760 total,   139744 free,   418508 used,  3315508 buff/cache
KiB Swap:  1048572 total,   969552 free,    79020 used.  2620448 avail Mem 
...

top - 14:49:49 up  2:49,  3 users,  load average: 14.47, 4.19, 1.48
Tasks: 153 total,   2 running, 151 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu0  : 20.2 us, 23.0 sy,  0.0 ni, 28.7 id, 19.9 wa,  0.0 hi,  8.2 si,  0.0 st
%Cpu1  : 13.5 us, 29.2 sy,  0.0 ni, 19.6 id, 28.5 wa,  0.0 hi,  9.3 si,  0.0 st
%Cpu2  : 12.9 us, 19.3 sy,  0.0 ni, 16.4 id, 11.1 wa,  0.0 hi, 40.4 si,  0.0 st
%Cpu3  : 15.1 us, 25.8 sy,  0.0 ni, 19.7 id, 29.4 wa,  0.0 hi, 10.0 si,  0.0 st
KiB Mem :  3873760 total,   133432 free,   435336 used,  3304992 buff/cache
KiB Swap:  1048572 total,   970816 free,    77756 used.  2601620 avail Mem

PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                
10337 benchma+  20   0 4612656 222272   5376 S  42.7  5.7   0:40.99 java                   
10448 benchma+  20   0  789004  52556  20408 S  14.0  1.4   0:00.93 postgres               
10356 benchma+  20   0  757376 179348 176640 D   9.7  4.6   0:04.15 postgres               
10365 benchma+  20   0  757384 194680 191904 D   9.3  5.0   0:05.12 postgres               
10375 benchma+  20   0  757452 183908 181172 D   9.3  4.7   0:04.51 postgres               
10358 benchma+  20   0  757340 190880 188144 D   8.7  4.9   0:04.90 postgres               
10357 benchma+  20   0  757448 169860 167092 D   8.3  4.4   0:04.14 postgres               
10352 benchma+  20   0  757388 185012 182236 S   8.0  4.8   0:04.63 postgres               
10354 benchma+  20   0  757376 177416 174676 D   7.7  4.6   0:04.23 postgres               
10367 benchma+  20   0  757356 178524 175796 D   7.3  4.6   0:04.25 postgres      
...
```
可以看出近一分鐘的平均負載飆升到14.47,而CPU邏輯核心個數不過4個,已超出系統負荷.
而CPU使用率中的us部分不過30%上下,大部分CPU在idle/wait上.

**參考資料**
[Linux Load Averages: Solving the Mystery](www.brendangregg.com/blog/2017-08-08/linux-load-averages.html)

PostgreSQL DBA(88) - Linux(CPU使用率 vs 平均負載)

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