Linux 性能診斷:負載評估

概要：負載診斷流程

• 觀察load average (平均負載)
• 觀察CPU、I/O是否存在瓶頸

從load avgerage等總括性的數據著手，參考CPU使用率和I/O等待時間等具體的數字，從而自頂向下快速排查各進程狀態。

概念：什麼是負載?

負載可以分為兩大部分：CPU負載、I/O 負載 。

load average

依次時過去1分鐘，5分鐘，15分鐘內，單位時間的等待任務數，

也就是表示平均有多少任務正處於等待狀態。在load average較高的情況下，就說明等待運行的任務較多，因此輪到該任務運行的等待時間就會出現較大延遲，即反映了此時負載較高。

linux內核的進程調度器（Process Scheduler）

負責決定任務運行的優先順序，以及讓任務等待或使之重新開始等核心工作。調度器劃分並管理進程（Process）的狀態。例如：

等待分配CPU資源的狀態

等待磁碟輸入輸出完畢的狀態

進程描述符的狀態

進程狀態PS Stat說明

TASK_RUNNINGR(Run)運行狀態。只要CPU空閑，隨時都可以開始。TASK_INTERRUPTIBLES(Sleep)可中斷的等待狀態。例如系統睡眠或來自於用戶輸入的等待等。

TASK_UNINTERRUPTIBLED(Disk Sleep)不可中斷的等待狀態。主要為短時間恢復時的等待狀態。例如磁碟輸入輸出的等待TASK_STOPPED響應暫停信號而運行中斷的狀態。直到恢復（Resume）前都不會被調度TASK_ZOMBIEZ(Zombie)僵死狀態。雖然子進程已經終止（exit）,但父進程尚未執行wait(),因此該進程的資源沒有被系統釋放

• TASK_RUNNING正在運行
• TASK_RUNNING （等待狀態，加權換算）
• TASK_INTERRUPTIBLE（等待狀態，加權換算）
• TASK_UNINTERRUPTIBLE（等待狀態，不加權換算）

load average 表示「等待進程的平均數」，除了「TASK_RUNNING正在運行」，其它三個都是等待狀態。TASK_INTERRUPTIBLE不被換算。即只換算「雖然需要即刻運行處理，但是無論如何都必須等待」。

load average所描述的負載就是：需要運行處理，但又必需等待隊列前的進程處理完成的進程個數。具體來說：要麼等待授予CPU運行許可權，要麼等待磁碟I/O完成。

• 內核函數：kernei/timer.c的calc-load();
• 調用周期：每次計時器中斷（centos為4ms）

CPU 還是 I/O ?

load average的數字只是表示等待的任務數，僅根據load average並不能判斷具體是CPU負載高還是I/O負載高。

CPU密集型程序

I/O密集型程序

Sar (System Activity Reporter)

CPU使用率和I/O等待時間都是在不斷變化的，可以通過sar 命令來確認這些指標。該工具包含在sysstat軟體包內。

輸出參數:n

• %user:用戶(一般的應用軟體運作模式)CPU資源
• %system:系統（內核運作）佔用CPU資源
• %iowait:I/O等待率。

進程詳細

輸出參數：n

• %CPU：該進程的CPU使用率
• %memb：物理內存百分比
• VSZ、RSS：虛擬／物理內存
• STAT：進程狀態（非常重要）
• TIME：CPU佔用時間

SWAP吞吐

輸出參數：n

• pswpin/s:每秒系統換入的頁面數
• pswpout/s:每秒系統換出的頁面數

發生頻繁的交換時，伺服器的吞吐量性能會大幅下降。

vmstat(Report Virtual Memory Statistics)

實時確認CPU使用率及實際的I/O等待時間

解決方案

優化的真正工作是「找出系統瓶頸並加以解決」，我們所能做的就是「充分發揮硬／軟體本來的性能，解決可能存在的問題」。例如，同樣是I/O問題，我們可以通過增加內存來緩解，也可以調整調度方案來優化（時間換空間），但是更多的情況是，優化應用程序的I/O演算法效果更佳。

最後，重溫一句經典格言

別臆斷，請監控

擴展閱讀：Linux 操作系統

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