大家好！我是大聪明-PLUS！
在之前的文章中，我们讨论了 CPU 整体利用率**。** 然而，在 Linux 世界中，还有另一种常用的系统负载监控方法，它也与 CPU 消耗相关。不过，它的工作方式不同，它不仅显示 CPU 利用率，还显示整体负载，使我们能够评估系统的当前状态以及其随时间变化的动态变化。这种方法称为负载平均值。
第二条 平均负载
负载平均值是 Linux 中用于评估系统整体负载的关键指标。它表示在指定时间间隔（1 分钟、5 分钟和 15 分钟）内，CPU 上运行或等待运行的进程的平均数量。与简单的 CPU 使用率百分比相比，该指标能为系统管理员提供更全面、更详细的当前负载情况。
这个指标并非一直如此强大和通用------直到 1993 年左右，它与其他 Unix 系统中的同类指标一样，仅显示平均 CPU 负载，而忽略其他资源需求。1993 年 10 月 29 日（星期五）发布的一个补丁改变了一切，其中作者写道：
内核在计算平均负载时只统计"可运行"进程。我不喜欢这样；问题在于，那些正在进行数据交换或等待"快速"（即不可中断的）I/O 操作的进程也会消耗资源。
用慢速交换磁盘替换快速交换磁盘后，负载平均值反而下降，这似乎有点违反直觉......
总之，以下补丁似乎使系统负载平均值与系统主观运行速度更加一致。而且，最重要的是，当系统处于空闲状态时，负载仍然为零。
我没有费心去研究代码后来的发展，但重点是，从那时起，人们开始将这个指标视为系统负载，而不是 CPU 负载。
如何计算平均负载？
从上面的表述或一些网络文章来看，你可能会觉得 Linux 系统中的"平均值"是指一段时间内各点的算术平均值。然而，与简单的算术平均值不同，Linux 中的负载平均值是使用指数移动平均法计算的。
这种方法考虑了系统负载的近期变化，并赋予其比旧数据更高的权重。这提供了更直接、更稳定的数值，对于监控系统性能尤为有用。
平均负载计算公式：
这里
**LA(t)**是负载平均值的新值。
LAprev --- 负载平均值的前一个值。
n是执行队列中当前进程的数量（正在运行的进程 + 等待的进程）。
t --- 自上次更新以来的时间。
𝛕 为时间常数（1 分钟、5 分钟和 15 分钟时的值不同）：
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1 分钟：𝛕 = 60 秒。
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5 分钟：𝛕 = 300 秒。
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15 分钟：𝛕 = 900 秒。
Linux 内核每秒都会使用平滑公式更新负载平均值。对于三个指标（1 分钟、5 分钟和 15 分钟），分别使用不同的阻尼因子：
该公式可以平滑系统中的突变。例如，如果您发起一项大负载任务，负载平均值不会立即达到最大值，而是会逐渐增加。
计算示例
假设当前LA(1 分钟) = 0.5，并且在时间 t 时队列中有 4 个进程。
新的平均负载计算方法如下：
LA(1)=0.5×0.983+4×(1−0.983) =0.5×0.983+4×0.017 = 0.4915+0.068=0.5595
LA(1)=0.5595×0.983+4×(1−0.983)=0.6179
LA(1)=0.6179×0.983+4×(1−0.983)=0.6755
... 等等 ...
因此，新的平均负载值不会立即变为 4，而是逐渐增加。
这种方法有助于更准确地反映系统的当前状态。
**从数学角度来说，这三个值始终代表系统启动以来整个系统负载的平均值。**它们都呈指数衰减，但衰减速率不同：分别在 1 分钟、5 分钟和 15 分钟后相对于 e 呈指数衰减。因此，1 分钟的平均负载由过去 1 分钟负载的 63%（更准确地说：1 - 1/e）和自启动以来（不包括过去 1 分钟）平均负载的 37%（1/e）组成。对于 5 分钟和 15 分钟的平均负载，分别计算出相同的 63% / 37% 比例。
因此，说平均 1 分钟负荷只包括最后 60 秒的活动是不准确的，因为它包含了过去 37% 的活动，但说它主要包括最后一分钟是正确的。
实际应用
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如果平均负载小于核心数，则系统运行正常。
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如果平均负载 ≈ 核心数 → CPU 负载为 100%。
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如果平均负载 > 核心数 → 有进程等待运行，则可能存在问题。
例如，在一台 8 核服务器上：
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LA(5) = 4 → CPU 负载为 50%。
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LA(5) = 12 → CPU 过载，出现延迟。
为什么平均负载比 CPU 负载百分比更可取？
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考虑排队进程。平均负载不仅考虑 CPU 上运行的活动进程，还考虑等待轮到自己的进程。这能更全面地反映系统负载。而 CPU 负载百分比仅显示当前处理器活动，并未考虑排队进程，这可能导致对实际负载的低估。
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集成负载指标。平均负载涵盖所有处理器核心。在多处理器或超线程系统中，它比 CPU 百分比更能反映实际系统负载，因为 CPU 百分比可能无法反映执行队列中进程的累积情况。
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I/O 统计。平均负载会将处于"不可中断睡眠"状态、等待 I/O 操作完成的进程考虑在内。即使这些进程不直接占用 CPU，它们也会对系统性能产生显著影响，而这一点仅使用 CPU 负载百分比是无法体现的。
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趋势分析。"平均负载"提供三个时间间隔（1分钟、5分钟和15分钟）的数据，方便您监控系统负载变化并预测潜在问题。"CPU负载百分比"仅提供快照，不支持动态分析。
所以，刚才那里提到了超线程技术吗？
在超线程系统中，每个物理处理器处理两条指令流，从而形成逻辑核心。Linux 将这些指令流视为独立的核心。因此，一个拥有 4 个物理核心并启用超线程的系统将拥有 8 个逻辑核心。在这种系统中，负载平均值为 8.0 表示所有逻辑核心均已充分利用，但这并不一定意味着计算能力翻倍。与未启用超线程的系统相比，启用超线程的系统在高负载平均值下可能会出现更快的性能下降。我们将在后续文章中更详细地讨论超线程，包括其优缺点以及具体影响。
总而言之
**负载平均值是比简单的 CPU 负载百分比更复杂、信息更丰富的系统负载评估指标。**它不仅考虑当前的 CPU 活动，还考虑待处理的进程和其他重要因素，例如 I/O 操作。这使其成为监控和管理 Linux 系统性能的必备工具，尤其是在高负载或具有多核和超线程技术的服务器上。