Linux系统中Load Average含义

Load Average含义

    top命令中的Load Average显示的三个值表示在过去1分钟、5分钟、15分钟的系统负载。

top命令中load average由来

     top命令直接从/proc/loadavg文件中读取值，没有做转换工作，该文件记录了系统在前1分钟、前5分钟和前15分钟的平均负载。

[root@linux_driver programming]# cat /proc/loadavg

0.06 0.03 0.00 2/309 28525

[root@linux_driver programming]#

负载的含义

    影响load average值大小的直接因素是系统中活动的进程数。Linux的系统负载指运行队列的平均长度，也就是等待CPU的平均进程数。活动的进程数可以很直观表明系统负载情况。值越大，表明CPU上正在运行和待运行的进程数越多，也就是负载越大。

    系统中正在运行的进程越多，load average的值越大（等待CPU运行的进程队列越长）。

Load Average越大，表明需要CPU干的活越多。

活动进程含义

   活动进程：处于TASK_RUNNING和TASK_UNINTERRUPTIBLE状态的进程。

   进程的状态有以下7种。

TASK_RUNNING

   进程处于运行（它是系统的当前进程）或者准备运行状态（它在等待系统将CPU分配给它）

TASK_INTERRUPTIBLE

   等待某个条件：中断、信号或能唤醒进程的资源

TASK_UNINTERRUPTIBLE

   处于睡眠状态，信号无法唤醒它。

TASK_STOPPED

   进程停止，当进程收到SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或SIGTTOU信号时就会进入次状态

TASK_TRACED

   进程执行被调试器停止（调试程序使用ptrace()系统调用来监控程序）

EXIT_ZOMBIE

   进程执行停止，但父进程还没调用wait4（）或waitpid（）来获取该进程返回信息。

EXIT_DEAD

   进程的最终状态，父进程调用wait4（）或waitpid（）来获取该进程返回信息，内核即将移除该进程。

Linux内核对load average的计算

    内核通过下面的算式计算负载：

     load(t) = load(t-1)  e^-5/60R  +  n(t)  (1 – e^-5/60R)                           

    n(t)是系统活动的进程数， R对应1、5、15分钟（如当计算15分钟的平均负载时，R的值就为15）。

    Linux内核认为进程的生存时间服从参数为1的指数分布，指数分布的概率密度为：以内核计算负载load1为例，设相邻两个计算时刻之间系统活动的进程集合为S0。从1分钟前到当前计算时刻这段时间里面活动的load1个进程，设他们的集合是S1，内核认为的概率密度是:λe-λx，而在当前时刻活动的n个进程，设他们的集合是Sn内核认为的概率密度是1-λe-λx。其中 x = 5 / 60，因为相邻两个计算时刻之间进程所耗的CPU时间为5秒，而考虑的时间段是1分钟(60秒)。那么可以求出最近1分钟系统运行队列的长度：
load1
–        –= |S1| –* λe-λx + |Sn| * (1-λe-λx)
–        –= load1 * λe-λx + n * (1-λe-λx)

其中λ = 1， x = 5 / 60， |S1|和|Sn|是集合元素的个数。

    Linux内核定义一个unsigned long类型数组avenrun[3]，因为内核不能使用浮点数，就将低11位用于存放负载的小数部分，高21位用于存放整数部分。

    avenrun[0]对应前1分钟系统负载；

    avenrun[1]对应前5分钟系统负载；

    avenrun[2]对应前15分钟系统负载；

内核每隔5秒钟更新一次load average的值。

01345:/*

01346:*calc_load-giventick count,updatetheavenrunloadestimates.

01347:*Thisiscalledwhile holdingawrite_lockonxtime_lock.

01348:*/

01349:staticinlinevoid calc_load(unsignedlong ticks)

01350:{

01351:       unsignedlongactive_tasks;/*fixed-point*/

01352:       staticint count=LOAD_FREQ;

01353:

01354:       count–=ticks;

01355:       if(count<0){

01356:              count+=LOAD_FREQ;

01357:              active_tasks=count_active_tasks();

01358:              CALC_LOAD(avenrun[0],EXP_1,active_tasks);

01359:              CALC_LOAD(avenrun[1],EXP_5,active_tasks);

01360:              CALC_LOAD(avenrun[2],EXP_15,active_tasks);

01361:       }

01362:}

01325:/*

01326:*Nrofactive tasks-countedinfixed-pointnumbers

01327:*/

01328:staticunsignedlong count_active_tasks(void)

01329:{

01330:       returnnr_active()* FIXED_1;

01331:}

02116:unsignedlong nr_active(void)

02117:{

02118:       unsignedlong i,running=0,uninterruptible=0;

02119:

02120:       for_each_online_cpu(i){

02121:              running+=cpu_rq(i)–>nr_running;

02122:              uninterruptible +=cpu_rq(i)–>nr_uninterruptible;

02123:       }

02124:

02125:       if(unlikely((long)uninterruptible<0))

02126:              uninterruptible =0;

02127:

02128:       returnrunning+uninterruptible;

02129:}

00107:externunsignedlongavenrun[];       /*Loadaverages*/

00108:

00109:#defineFSHIFT          11          /*nrofbitsofprecision*/

00110:#defineFIXED_1        (1<<FSHIFT)/* 1.0asfixed-point*/

00111:#defineLOAD_FREQ  (5*HZ)           /*5secintervals*/

00112:#defineEXP_1           1884              /*1/exp(5sec/1min)asfixed-point*/

00113:#defineEXP_5           2014              /*1/exp(5sec/5min)*/

00114:#defineEXP_15         2037              /*1/exp(5sec/15min)*/

00115:

00116:#defineCALC_LOAD(load,exp,n)\

00117:       load*=exp;\

00118:       load+=n*(FIXED_1–exp);\

00119:       load>>=FSHIFT;

系统负载值的计算代码非常简单，但比较难以理解。主要是EXP_1， EXP_5, EXP_15几个值，为什么是1884、2014和2037。

                    EXP_R = 2¹¹/2 ^{[(5 log}₂^{(e))/ 60R]}

        R对应1、5、15分钟（如当计算15分钟的平均负载时，R的值就为15）。