性能测试必备知识(3)- 深入理解“平均负载”

做性能测试的必备知识系列,可以看下面链接的文章哦

https://www.cnblogs.com/poloyy/category/1806772.html

 

uptime 命令入门

每次发现系统变慢时,通常做的第一件事,就是执行 top 或者 uptime 命令,来了解系统的负载情况

 

六个参数讲解

参数 含义
10:08:47 当前时间
up 10:24 系统运行时间
1 user 正在登录用户数
0.13 过去 1 分钟的平均负载
0.09 过去 5 分钟的平均负载
0.03 过去 15 分钟的平均负载

 

灵魂拷问

平均负载就是单位时间内的 CPU 使用率吗?上面的0.13,代表 CPU 使用率是13%是吗?

 

灵魂回答

其实并不是这样的,我们通过 man uptime 查看 uptime 命令的解释

接下来,我们可以进入下一个知识点了

 

什么是平均负载?

简单来说

单位时间内,系统处于可运行状态不可中断状态的平均进程数,也就是平均活跃进程数,它和 CPU 使用率并没有直接关系

 

可运行状态的进程

正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的进程,在 ps 命令看到的,处于 R 状态(Running 或 Runnable)的进程

 

不可中断状态的进程

  • 正处于内核态关键流程中的进程,并且这些流程是不可打断的
  • 比如:最常见的是等待硬件设备的 I/O 响应,也就是在 ps 命令中看到的 D 状态(Uninterruptible Sleep,也称为 Disk Sleep)的进程

 

不可中断状态进程的具体栗子

  • 一个程向磁盘读写数据时,为了保证数据的一致性,在得到磁盘回复前,它是不能被其他进程或者中断打断的,这个时候的进程就处于不可中断状态
  • 如果此时的进程被打断了,就容易出现磁盘数据与进程数据不一致的问题

 

总结

  • 不可中断状态实际上是系统对进程和硬件设备的一种保护机制
  • 平均负载可理解成平均活跃进程数
  • 平均活跃进程数,就是单位时间内的活跃进程数

 

平均负载的理想状态

每个 CPU 上都刚好运行着一个进程,这样每个 CPU 都得到了充分利用

 

栗子

比如平均负载 = 2时

  • 当系统有 2 个 CPU,意味着所有 CPU 刚好被完全占用
  • 当系统有 4 个 CPU,意味着有 50% 的 CPU 是空闲的
  • 当系统有 1 个 CPU,意味着一半的进程竞争不到 CPU

 

平均负载为多少时合理

灵魂拷问一

在 uptime 命令的结果里,那三个时间段的平均负载数,多大的时候能说明系统负载高?或是多小的时候就能说明系统负载很低呢?

 

回答

 

灵魂拷问二

平均负载有三个数值,到底该参考哪一个呢?

 

回答

都要看,三个不同时间间隔的平均值,提供了分析系统负载趋势的数据来源,可以更全面地了解目前的负载状态

 

参考栗子

  • 1 分钟、5 分钟、15 分钟的三个值基本相同,相差不大:系统负载很平稳
  • 1 分钟的值远小于 15 分钟的值:系统最近 1 分钟的负载在减少,而过去 15 分钟内却有很大的负载
  • 1 分钟的值远大于 15 分钟的值:系统最近 1 分钟的负载在增加,这种情况需要观察,因为可能是临时性的,也可能是持续性;
  • 一旦 1 分钟的平均负载接近或超过了 CPU 的个数,就意味着系统正在发生过载的问题,这时就得分析调查是哪里导致的问题,并要想办法优化了

 

实际栗子

假设在一个单 CPU 系统上看到平均负载为 1.73,0.60,7.98

  • 1 分钟内:系统有 73% 的超载
  • 15分钟内:系统有 698% 的超载
  • 从整体趋势来看:系统的负载在降低

 

灵魂拷问三

在实际生产环境中,平均负载多高时,需要重点关注?

 

回答

  • 平均负载高于 CPU 数量 70% 的时候,就应该考虑分析排查负载高的问题了
  • 一旦负载过高,可能导致进程响应变慢,进而影响服务的正常功能
  • 但 70% 这个数字只是建议,可根据业务变化
  • 最好的办法还是将系统的平均负载监控起来,然后根据更多的历史数据,判断负载的变化趋势
  • 当发现负载有明细升高趋势时,比如:负载翻倍了,再去做分析和调查

 

平均负载和 CPU 使用率的关系

提出疑问

平均负载就是平均活跃进程数,那活跃进程数多了,不就等于 CPU 使用率高嘛?

 

回答

  • 前面说到,平均负载时指单位时间内,处于可运行状态和不可中断状态的进程数
  • 这里包括了:正在使用 CPU 的进程,等待使用 CPU 的进程,等待 I/O 的进程
  • 而 CPU 使用率,是单位时间内 CPU 繁忙情况的统计,跟平均负载并不一定完全对应

 

平均负载和 CPU 使用率的一些小栗子

  • CPU 密集型进程:使用大量 CPU 会导致平均负载升高,此时两者是一致的
  • I/O密集型进程:等待 I/O 也会导致平均负载身高,但 CPU 使用率不一定很高
  • 大量等待 CPU 的进程调度也会导致平均负载升高,此时的 CPU 使用率也会比较高