unix平均負載average load計算方法

average load?表示系統在一段時間內的平均進程個數，也就是表示系統的繁忙程度。average load和CPU利用率不一樣，更加能夠表示系統的繁忙程度，下面將就係統的average load的計算和相關進行簡單介紹。

查看方法

在linux系統下使用uptime命令，或者查看/proc/loadavg都可以看到系統負載average load。使用uptime命令會顯示系統分別在過去的1分鐘，5分鐘和10分鐘裏的平均負載。

[root@localhost ~]# uptime
19:32:09 up 5 days, 8:53, 5 users, load average: 0.05, 0.04, 0.05
[root@localhost ~]# cat /proc/loadavg
0.04 0.04 0.05 1/394 23203

那麼uptime命令計算load average的工作原理是什麼呢？

計算方法

對於單cpu和多cpu情況，系統的average load情況稍有不同。單cpu是最簡單的情形，比如過去的平均一分鐘裏面，判斷系統處於運行或者等待狀態的進程數則表示系統的平均負載，但是在linux系統下稍有不同，那些處於io等待狀態的進程也會被納入去計算。這樣就導致CPU利用率可能和平均負載很不同，在大部分進程都在做IO的時候，即使平均負載很大，也會沒有很大的CPU利用率。另外，有些系統對於進程和線程的處理也很不一樣，有的對於每一個線程都會進行計算，有的只關注進程，對於超線程技術的線程來說，可能又是別的處理方式。對於多CPU的平均負載的計算，是在單CPU的情況下再除以CPU的個數。

文件: kernel/timer.c:

unsigned long avenrun[3];

static inline void calc_load(unsigned long ticks)
{
unsigned long active_tasks; /* fixed-point */
static int count = LOAD_FREQ;

count -= ticks;
if (count < 0) {
count += LOAD_FREQ;
active_tasks = count_active_tasks();
CALC_LOAD(avenrun[0], EXP_1, active_tasks);
CALC_LOAD(avenrun[1], EXP_5, active_tasks);
CALC_LOAD(avenrun[2], EXP_15, active_tasks);
}
}

內核中的函數sched.h

/*
 * These are the constant used to fake the fixed-point load-average
 * counting. Some notes:
 *  - 11 bit fractions expand to 22 bits by the multiplies: this gives
 *    a load-average precision of 10 bits integer + 11 bits fractional
 *  - if you want to count load-averages more often, you need more
 *    precision, or rounding will get you. With 2-second counting freq,
 *    the EXP_n values would be 1981, 2034 and 2043 if still using only
 *    11 bit fractions.
 */
extern unsigned long avenrun[];         /* Load averages */
extern void get_avenrun(unsigned long *loads, unsigned long offset, int shift);

#define FSHIFT          11              /* nr of bits of precision */
#define FIXED_1         (1<<FSHIFT)     /* 1.0 as fixed-point */
#define LOAD_FREQ       (5*HZ+1)        /* 5 sec intervals */
#define EXP_1           1884            /* 1/exp(5sec/1min) as fixed-point */
#define EXP_5           2014            /* 1/exp(5sec/5min) */
#define EXP_15          2037            /* 1/exp(5sec/15min) */

#define CALC_LOAD(load,exp,n) \
        load *= exp; \
        load += n*(FIXED_1-exp); \
        load >>= FSHIFT;

extern unsigned long total_forks;
extern int nr_threads;
DECLARE_PER_CPU(unsigned long, process_counts);
extern int nr_processes(void);
extern unsigned long nr_running(void);
extern unsigned long nr_uninterruptible(void);
extern unsigned long nr_iowait(void);
extern unsigned long nr_iowait_cpu(int cpu);
extern unsigned long this_cpu_load(void);

ewma算法

linux系統在很多方面都使用了這個算法，比如除了這個還有TC系統的CBQ算法，這是統計學的一個算法，具體請參考http://en.wikipedia.org/wiki/EWMA_chart和http://en.wikipedia.org/wiki/Moving_average

參考文獻

http://man.he.net/man8/tc-cbq-details
linux內核代碼
http://en.wikipedia.org/wiki/EWMA_chart
http://en.wikipedia.org/wiki/Moving_average