工作中难免会遇到 Linux 的性能问题，但是不知道怎么下手，所以这篇文章将会帮助我们去理解 Linux 性能问题，来辅助我们更好解决性能问题。
Load average
熟悉 Linux 者知道，使用top、uptime命令可以查看 load average 指标。
uptime
16:22:29 up 3 days, 19:14, 1 user, load average: 0.08, 0.03, 0.05使用 man uptime 查看 Load average 解释:
System load averages is the average number of processes that are either in a runnable or uninterruptable state. A process in a runnable state is either using the CPU or waiting to use the CPU. A process in uninterruptable state is waiting for some I/O access, eg waiting for disk. The averages are taken over the three time intervals. Load averages are not normalized for the number of CPUs in a system, so a load average of 1 means a single CPU system is loaded all the time while on a 4 CPU system it means it was idle 75% of the time.
理解关键地方，平均负载是指，在单位时间内，系统中处于可运行状态与不可中断状态的平均进程数，简称平均活跃进程数。值得注意的是，它与 CPU 使用率没有直接关系。
使用命令 ps aux 可以查看进程的状态 stat，如本文要注意的：
- R 状态，可运行状态 ( Running / Runnable )，正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的进程；
- D 状态，不可中断状态( Uninterruptitle Sleep, 又称 Disk Sleep )，正处于内核态关键流程中的进程，并且是不可中断的。
D 状态为何不可打断呢，举个例子，系统调用起硬件设备的 I/O 响应，为了保证数据的一致性，在磁盘设备返回数据前，它是不能被其他进程或者中断打断的，如果被打断，就容易造成磁盘数据与进程数据不一致的问题。于是，不可中断(D)状态是系统对进程与硬件设备的一种保护机制。
平均活跃进程数，严格意义上，它是活跃进程数的指数衰减平均值（某个量的下降速度和它的值成比例）。通常情况下，理解为单位时间上的活跃进程数即可。
CPU 利用率
从 CPU 角度来说，Load average 只是反映单位时间内占用 CPU 的进程数量，而 CPU 利用率与进程数量没有直接关系，我们可以使用命令top、vmstat查看 CPU 的利用率，有以下几个指标：
- %us：表示用户空间程序的cpu使用率（没有通过nice调度）
- %sy：表示系统空间的cpu使用率，主要是内核程序
- %ni：表示用户空间且通过nice调度过的程序的cpu使用率
- %id：空闲cpu
- %wa：cpu运行时在等待io的时间
- %hi：cpu处理硬中断的数量
- %si：cpu处理软中断的数量
- %st：被虚拟机偷走的cpu
top
...
%Cpu(s): 0.2 us, 0.1 sy, 0.0 ni, 99.6 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
...如何使用 LA 和 CU
LA 为 Load average，即为平均活跃进程数， CU 为 CPU use，即为 CPU 使用率.
一般来讲，Load average 低于 CPU 数量的话，机器性能满足服务需求，超出一些也没关系，Load average 不直接代表 CPU 利用率，可能是 io 阻塞比较多。当 Load average 高于 CPU 数量的 70%，就可能导致进程响应变慢，进而影响服务的正常功能。
从历史数据看
一般来讲，top、uptime提供 load average 三个时间点的指标，分别是：1分钟、5分钟、15分钟。这反映了系统最近的状态变化趋势。在实际生产环境中，我们需要做长期的监控记录。如果有异常的数值变化，比如平均负载数是CPU的两倍，需要分析调查问题。
两个指标综合分析
结合 Load average 和 CPU 使用率两个指标，会出现以下几种可能情况：
- Load average 高，CPU use 高，要么运行了 CPU 密集型进程(线程)，要么有大量等待 CPU 的进程（线程）调度；
- Load average 高，CPU use 底，运行了 IO 密集型进程；
- Load average 底，CPU use 高，这是不存在的；
- Load average 底，CPU use 低，正常。
模拟与验证
我们如何分析平衡负载与 CPU 利用率这两类指标不同组合的案例，寻找造成指标变化的来源？
主要使用两个工具，分别是stress系统压力测试工具，和sysstat性能分析工具包，其中我们会使用到sysstat工具包中的mpstat和pidstat。
yum install stress
yum install sysstat模拟
使用stress模拟以下两个场景
1、 CPU 密集型进程
# 模拟一个进程， 对 cpu 使用率 100%，限时 600s
stress --cpu 1 --timeout 6002、IO 密集型进程
stress 的 -i 选项，spawn N workers spinning on sync()
# 模拟一个进程不停的执行 sync
stress -i 1 --timeout 6003、大量进程的场景
# 模拟16个进程， 对 cpu 使用率 100%，限时 600s
stress --cpu 16 --timeout 600验证
mpstat -P ALL 5监控所有 CPU，每隔5秒输出一组数据，注意指标 %usr 使用率，%iowait IO 阻塞时间，从这可以判断是 CPU 密集型还是 IO 密集型。
pidstat -u 5 1统计间隔5秒内，使用过 CPU 的进程的数据，注意指标 %usr 使用率，%wait 等待使用 CPU 的时间，从这可以判断是否进程（线程）过多。
完结~ 👊
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