前段時間正好對系統負載這個概念感興趣。 就做了一些小的研究。 比較詳細的瞭解這個概念。 這裏是我對Linux負載相關的知識的一些整理，記載在博客裏， 方便以後查看， 也希望對其他人有用。
本文的內容結構如下：
一： 什麼是系統平均負載
二： 怎麼查看系統負載
三： 怎麼判斷系統負載是否過重
四： 系統負載是怎麼計算出來的
一： 什麼是系統平均負載
以下內容是針對Linux下進行討論的。 Linux Load average ， 即系統平均負載。 系統平均負載被定義爲在特定時間間隔內運行隊列中的平均進程數。
有幾個基本概念：（以下內容引用自： http://www.cnblogs.com/amsun/p/3155246.html）
- Load 指的是運行隊列(run-queue)的長度：L = 等待進程的數目 + 運行進程的數目
- Load Average指的是在一段時間內CPU正在處理以及等待CPU處理的進程數之和的統計信息，也就是CPU使用隊列的長度的統計信息。
- Load Average反映了CPU的使用情況和申請情況.
雖然系統負載反應了cpu的使用情況和申請情況，但是cpu利用率和系統負載又是有區別的。
- Load Average所包含的信息不是CPU的使用率狀況
- 多任務環境下，系統分配時間片以後，是否使用完全使用時間片取決於進程，因此完全可能出現低CPU利用率而高Load Average的情況
二： 怎麼查看系統負載
目前Linux上有三個命令（top， w， uptime），可以查看系統負載。
這三個數字，分別表示1分鐘， 5分鐘， 15分鐘內的系統的平均負荷。
額外補充一種查看系統負載的方法： cat /proc/loadavg
三： 怎麼判斷系統負載是否過重
在阮一峯老師的博客裏有比較好的介紹，他分別針對單CPU， 多CPU, CPU多核三種情況來做討論。 他做了一個類別， 把cpu比做大橋， 單cpu就是單車道， 類似的多CPU或者CPU有多個核，就是多車道。 下面直接引用他的描述
（http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/07/linux_load_average_explained.html）：
那麼，我們不妨把這個CPU想象成一座大橋，橋上只有一根車道，所有車輛都必須從這根車道上通過。（很顯然，這座橋只能單向通行。）
系統負荷爲0，意味着大橋上一輛車也沒有。
系統負荷爲0.5，意味着大橋一半的路段有車。
系統負荷爲1.0，意味着大橋的所有路段都有車，也就是說大橋已經"滿"了。但是必須注意的是，直到此時大橋還是能順暢通行的。
系統負荷爲1.7，意味着車輛太多了，大橋已經被佔滿了（100%），後面等着上橋的車輛爲橋面車輛的70%。以此類推，系統負荷2.0，意味着等待上橋的車輛與橋面的車輛一樣多；系統負荷3.0，意味着等待上橋的車輛是橋面車輛的2倍。總之，當系統負荷大於1，後面的車輛就必須等待了；系統負荷越大，過橋就必須等得越久。
CPU的系統負荷，基本上等同於上面的類比。大橋的通行能力，就是CPU的最大工作量；橋樑上的車輛，就是一個個等待CPU處理的進程（process）。
如果CPU每分鐘最多處理100個進程，那麼系統負荷0.2，意味着CPU在這1分鐘裏只處理20個進程；系統負荷1.0，意味着CPU在這1分鐘里正好處理100個進程；系統負荷1.7，意味着除了CPU正在處理的100個進程以外，還有70個進程正排隊等着CPU處理。
爲了電腦順暢運行，系統負荷最好不要超過1.0，這樣就沒有進程需要等待了，所有進程都能第一時間得到處理。很顯然，1.0是一個關鍵值，超過這個值，系統就不在最佳狀態了，你要動手干預了。
通常情況下， 對於單CPU的情況，
如果load average 大於 0.7 ，就要開始引起系統管理員注意， 查找問題所在；
大於1.0， 就要尋找解決方法；
大於5.0，表明系統的問題已經很嚴重了， 可能會死機。
對於多CPU或者多核的情況， 請乘以對應的倍數來判斷。
另外，由於在Linux中，會返回三個時間的觀察值，那麼就存在一個問題，就是我要以哪個時長的觀察值爲準了。 在阮一峯老師的博文中也給出了建議：
如果只有1分鐘的系統負荷大於1.0，其他兩個時間段都小於1.0，這表明只是暫時現象，問題不大。
如果15分鐘內，平均系統負荷大於1.0（調整CPU核心數之後），表明問題持續存在，不是暫時現象。所以，你應該主要觀察"15分鐘系統負荷"，將它作爲電腦正常運行的指標。
四： 系統負載是怎麼計算出來的
爲了搞清楚系統負載是怎麼算出來的， 我又在網上找到了一些資料。 計算公式涉及了高等數學的運算，如果對此不感興趣，可以直接跳過。
通過查看Linux源碼， 可以得到， Linux計算系統平均負載的公式爲：
load(t) = load(t-1) e^(-5/60) + n (1 - e^(-5/60))
其中，exp(x)爲e的x次冪，
n爲當前運行隊列的長度。
Linux內核認爲進程的生存時間服從參數爲1的指數分佈，
指數分佈的概率密度爲：以內核計算負載load1爲例，設相鄰兩個計算時刻之間系統活動的進程集合爲S0。
從1分鐘前到當前計算時刻這段時間裏面活動的load1個進程，設他們的集合是 S1，內核認爲的概率密度是:λe-λx，
而在當前時刻活動的n個進程，設他們的集合是Sn內核認爲的概率密度是1-λe-λx。
其中x = 5 / 60，因爲相鄰兩個計算時刻之間進程所耗的CPU時間爲5秒，而考慮的時間段是1分鐘(60秒)。
那麼可以求出最近1分鐘系統運行隊列的長度：
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|是集合元素的個數，這就是Linux內核源文件shed.c的函數calc_load()計算負載的數學依據。
【參考文獻】
1. http://blog.scoutapp.com/articles/2009/07/31/understanding-load-averages
2. http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/07/linux_load_average_explained.html
3. http://www.penglixun.com/tech/system/how_to_calc_load_cpu.html
4. http://www.cnblogs.com/amsun/p/3155246.html
5. http://www.ccvita.com/354.html
<<<<<<<<< 全文完 >>>>>>>>>
文章首發於我的個人網站 : www.hackstoic.com