? ? ? ? 最近開發的一個模塊需要根據機房各節點的負載情況（如網卡IO、load average等指標）做任務調度，剛開始對Linux機器load average這項指標不是很清楚，經過調研，終于搞清楚了其計算方法和影響因素，作為筆記，記錄于此。
1. load average
? ? ? ? 當在shell終端鍵入top命令時，默認情況下，在輸出內容的第一行會有load average這項指標值，如下所示：

top - 19:10:32 up 626 days, 4:58, 1 user, load average: 7.74, 5.62, 6.51 Tasks: 181 total, 8 running, 173 sleeping, 0 stopped, 0 zombie Cpu(s): 4.0% us, 0.5% sy, 0.0% ni, 95.4% id, 0.0% wa, 0.0% hi, 0.0% si

? ? ? ? 同樣，輸入uptime命令，load average也會被輸出：

19:15:10 up 129 days, 5:12, 15 users, load average: 0.01, 0.09, 0.05

? ? ? ? 根據man uptime的說明可知， load average包含的3個值分別表示past 1, 5 and 15 minutes內的系統平均負載。
? ? ? ? 那么，這3個值是怎么計算出來的？下面從Linux源碼中尋找答案。
2. linux機器load average的計算過程
? ? ? ? wikipedia在對load的解釋（ 參見這里）中，提到了linux系統對load的計算方法，為親自驗證，我check了linux源碼（linux kernel 2.6.9）中的相關代碼，自頂向下的驗證過程如下。
? ? ? ? 在源碼樹kernel/timer.c文件中，計算系統load的函數代碼如下:

// 源碼樹路徑：kernel/timer.c /** Hmm.. Changed this, as the GNU make sources (load.c) seems to* imply that avenrun[] is the standard name for this kind of thing.* Nothing else seems to be standardized: the fractional size etc* all seem to differ on different machines.** Requires xtime_lock to access.*/ unsigned long avenrun[3];/** calc_load - given tick count, update the avenrun load estimates.* This is called while holding a write_lock on xtime_lock.*/ 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);} }

? ? ? ? 從上面的代碼可知，定義的數組avenrun[]包含3個元素，分別用于存放past 1, 5 and 15 minutes的load average值。calc_load則是具體的計算函數，其參數ticks表示采樣間隔。函數體中，獲取當前的活躍進程數（active tasks），然后以其為參數，調用CALC_LOAD分別計算3種load average。
? ? ? ? 沿著函數調用鏈，可以看到count_active_tasks()定義如下（也在kernel/timer.c文件中）：

/* * Nr of active tasks - counted in fixed-point numbers*/ static unsigned long count_active_tasks(void) {return (nr_running() + nr_uninterruptible()) * FIXED_1; }

? ? ? ? 由源碼可見，count_active_tasks()返回當前的活躍進程數，其中活躍進程包括:1）當前正在運行的進程（nr_running）；2）不可中斷的sleeping進程（如正在執行IO操作的被掛起進程）。
? ? ? ? 關于nr_running進程和nr_uninterruptible進程的計算方法，可以在源碼樹kernel/schde.c中看到相關代碼：

// 源碼樹路徑：kernel/sched.c /** nr_running, nr_uninterruptible and nr_context_switches:** externally visible scheduler statistics: current number of runnable* threads, current number of uninterruptible-sleeping threads, total* number of context switches performed since bootup.*/ unsigned long nr_running(void) {unsigned long i, sum = 0;for (i = 0; i < NR_CPUS; i++)sum += cpu_rq(i)->nr_running;return sum; }unsigned long nr_uninterruptible(void) {unsigned long i, sum = 0;for_each_cpu(i)sum += cpu_rq(i)->nr_uninterruptible;return sum; }

? ? ? ? 繼續沿著函數調用鏈查看，可在include/linux/sched.h中看到CALC_LOAD的定義：

// 源碼樹路徑：include/linux/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 */#define FSHIFT 11 /* nr of bits of precision */ #define FIXED_1 (1<<FSHIFT) /* 1.0 as fixed-point */ #define LOAD_FREQ (5*HZ) /* 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;

? ? ? ? 可以看到，CALC_LOAD是一個宏定義，load average的值與3個參數相關，但若只考慮某1項指標值（如past 5 minutes的load average），則該值只受當前活躍進程數（active tasks）的影響，而活躍進程數包括兩種：當前正在運行的進程和不可中斷的掛起進程。
? ? ? ? 這符合我的觀察結果：三臺硬件配置相同的linux機器（8 cup, 16GB memory, 1.8T disk），在當前總進程數相差不多（均為170+）的情況下，其中1臺機器有1個普通進程（這里的"普通"是指既非CPU型又非IO型）在運行，其余均sleeping；第2臺機器有5個cpu型進程，cpu占用率均達到99%，其余進程sleeping；第3臺機器2個進程讀寫硬盤，其余sleeping。很明顯地可以看到：第3臺機器的load average指標的3個值均為最大，第2臺機器次之，第1臺機器的3個值均接近0。
? ? ? ? 由此，還可以推斷出：與running類型的進程相比，uninterruptible類型的進程（如正在進行IO操作）對系統load的影響較大。（ 注：該推斷暫無數據或代碼支撐，若有誤，歡迎指正）

3. 理解load average背后的含義
? ? ? ? 上面介紹了load average的概念及linux系統對該指標的計算過程，那么，這個指標值到底怎么解讀呢？這篇文章給出了詳細且形象的說明，此處不再贅述。

【參考資料】
1. wikipedia: Load (computing)?
2. linux源碼（內核版本2.6.9）
3. Understanding Linux CPU Load - when should you be worried??

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux主机load average的概念计算过程注意事项的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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