Linux：如何理解负载和调度队列

Linux：如何理解负载与调度队列

本文将从两个角度，详细介绍如何查看和解读Linux系统中的负载及其背后的计算原理。

1. 从调度队列来观察负载
2. 从CPU利用率来观察负载

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1. 从调度队列来观察负载

查看调度队列长度（平均负载）

在Linux中，“调度队列长度”通常指的是系统的平均负载，它反映了运行队列的长度，即系统中正在运行或等待CPU资源的进程数量。以下是一些常用的命令来获取这些信息：

1. 使用uptime命令：这个命令不仅可以显示当前时间、系统运行时间和登录用户数，还会展示过去1分钟、5分钟和15分钟的平均负载。

   uptime
   

2. 从/proc/loadavg文件读取：此文件提供了类似uptime的平均负载数据，可以用于脚本编程中自动化监控。

   cat /proc/loadavg
   

3. 使用vmstat命令：这个命令在最后几列打印了系统全局范围的CPU平均负载，在第一列提供了可运行线程数。
   

平均负载的计算原理

平均负载的计算基于系统对进程状态的追踪，主要包括可运行状态和不可中断状态的进程数。其计算方法采用指数平滑法，通过调整新旧数据的影响比例来反映最新的系统状态变化。

• 可运行状态包括正在使用CPU的进程以及等待CPU资源的进程。
• 不可中断状态通常是等待I/O操作完成的进程。

假设当前时刻为t，前一时刻的平均负载为L(t-1)，新测量到的负载为N(t)，则当前时刻的平均负载L(t)可以通过如下公式计算：

[ L(t) = \alpha \cdot N(t) + (1-\alpha) \cdot L(t-1) ]

这里，(\alpha) 是平滑因子，决定了新旧数据的影响比例。对于不同的时间段（如1分钟、5分钟、15分钟），(\alpha) 的值不同，以适应不同的时间尺度。

负载与多核CPU的关系

uptime命令显示的平均负载值并不直接考虑多核CPU的因素。它反映的是系统中所有CPU核心的整体负载情况，即在指定时间间隔内（1分钟、5分钟和15分钟）处于可运行或不可中断状态的平均进程数。这意味着，无论你的系统有多少个CPU核心，uptime给出的负载值都是基于整个系统的视角。

• 单核CPU：如果平均负载为1.00，则意味着CPU几乎满负荷工作。
• 多核CPU：对于一个拥有N个核心的系统，如果平均负载接近或等于N，则表示CPU资源被充分利用。例如，在一个4核系统上，平均负载为4.00表明所有CPU核心都在繁忙工作。

因此，理解平均负载时需要结合CPU的核心数量。例如，在一个8核系统中，平均负载为2.00可能表明系统负载较低，因为还有大量的CPU资源未被利用。

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2. 从CPU利用率来观察负载

1. mpstat命令：这个命令来自systat软件包，可以用来显示每个CPU核心的统计信息。通过以下命令安装并使用：

   • 安装systat（以Ubuntu为例）：

     sudo apt-get install sysstat
     

   • 使用mpstat查看每个CPU的状态：

     mpstat -P ALL
     

   这将输出每个CPU核心的详细统计信息，包括用户空间、内核空间占用率以及空闲时间等。

2. top命令：在top命令界面中，按下数字键1可以切换到显示每个CPU核心的负载情况。这使得你可以实时监控各个CPU核心的工作负荷。

3. htop命令：如果你有htop（一个交互式的进程查看器），它可以更直观地展示每个CPU核心的负载。默认情况下，htop会显示每个CPU核心的使用情况。