Нагрузка (вычисления)

htop отображает значительную вычислительную нагрузку (вверху справа: средняя нагрузка: )

В UNIX вычислениях системы загрузка является мерой объема вычислительной работы, выполняемой компьютерной системой. Средняя нагрузка представляет собой среднюю нагрузку системы за определенный период времени. Обычно он отображается в виде трех чисел, обозначающих загрузку системы за последние одну, пять и пятнадцать минут.

Расчет нагрузки в стиле Unix

Все Unix и Unix-подобные системы генерируют безразмерную метрику из трех чисел «средней нагрузки» в ядре . Пользователи могут легко запросить текущий результат из оболочки Unix , запустив команду uptime команда:

 в долларах время безотказной работы 
    14:34:03 до 10:43, 4 пользователя, средняя нагрузка: 0.06, 0.11, 0.09 

The w и top команды показывают те же три средних значения нагрузки, что и ряд утилит графического пользовательского интерфейса .

В операционных системах на базе ядра Linux эту информацию можно легко получить, прочитав /proc/loadavg файл.

Linux Для более глубокого изучения такого рода информации в соответствии со стандартом иерархии файловой системы в файле отображается информация, зависящая от архитектуры. /proc/stat.

Неработающий компьютер имеет номер нагрузки 0 (процесс простоя не учитывается). Каждый процесс или ожидающий его , использующий ЦП ( очередь готовности или очередь выполнения ), увеличивает номер загрузки на 1. Каждый завершающийся процесс уменьшает его на 1. Большинство систем UNIX учитывают только процессы, находящиеся в работе ( на ЦП) или в работоспособном состоянии (ожидающие ЦП). ) состояния . Однако в Linux также есть процессы, находящиеся в состояниях непрерывного сна (обычно ожидающих активности диска ), что может привести к совершенно другим результатам, если многие процессы остаются заблокированными при вводе -выводе из-за занятости или зависания системы ввода-вывода. Сюда, например, входит блокировка процессов из-за сбоя сервера NFS или слишком медленного носителя (например, USB накопителей 1.x). Такие обстоятельства могут привести к увеличению средней нагрузки, что не отражает фактического увеличения использования ЦП (но все же дает представление о том, как долго пользователям придется ждать).

нагрузки Системы рассчитывают среднее значение как экспоненциально демпфированное/взвешенное скользящее среднее нагрузки числа . Три значения средней нагрузки относятся к последней, пяти и пятнадцати минутам работы системы.

С математической точки зрения, все три значения всегда усредняют всю загрузку системы с момента ее запуска. Все они затухают экспоненциально, но затухают с разной скоростью : они затухают экспоненциально на e через 1, 5 и 15 минут соответственно. Следовательно, 1-минутная средняя нагрузка состоит из 63% (точнее: 1 - 1/ e ) нагрузки с последней минуты и 37% (1/ e ) от средней нагрузки с момента запуска, исключая последнюю минуту. Для средних значений нагрузки за 5 и 15 минут одинаковое соотношение 63%/37% рассчитывается за 5 и 15 минут соответственно. Таким образом, технически неверно, что среднее значение нагрузки за 1 минуту включает только последние 60 секунд активности, поскольку оно включает 37% активности из прошлого, но правильно утверждать, что оно включает в основном последнюю минуту.

Интерпретация

Для однопроцессорных систем, которые привязаны к ЦП , среднюю нагрузку можно рассматривать как меру использования системы в течение соответствующего периода времени. Для систем с несколькими процессорами необходимо разделить нагрузку на количество процессоров, чтобы получить сопоставимый показатель.

Например, можно интерпретировать среднее значение нагрузки «1,73 0,60 7,98» в однопроцессорной системе как:

• За последнюю минуту система была перегружена в среднем на 73% (1,73 выполняющихся процесса, так что в среднем 0,73 процесса приходилось ждать своей очереди для однопроцессорной системы).
• В течение последних 5 минут процессор простаивал в среднем 40% времени.
• За последние 15 минут система была перегружена в среднем на 698% (7,98 выполняющихся процессов, так что в среднем 6,98 процессам приходилось ждать своей очереди для однопроцессорной системы).

Это означает, что данная система (ЦП, диск, память и т. д.) могла бы выполнить всю работу, запланированную на последнюю минуту, если бы она была в 1,73 раза быстрее.

В системе с четырьмя процессорами среднее значение нагрузки 3,73 будет означать, что в среднем имеется 3,73 процесса, готовых к запуску, и каждый из них можно запланировать для процессора.

В современных UNIX-системах обработка потоков в зависимости от средней нагрузки различается. Некоторые системы рассматривают потоки как процессы для расчета средней нагрузки: каждый поток, ожидающий запуска, добавляет 1 к нагрузке. Однако другие системы, особенно системы, реализующие так называемую многопоточность M:N , используют другие стратегии, такие как подсчет процесса ровно один раз с целью загрузки (независимо от количества потоков) или подсчет только потоков, открытых в данный момент пользователем. планировщик потоков к ядру, что может зависеть от уровня параллелизма, установленного для процесса. Похоже, что Linux считает каждый поток отдельно, добавляя 1 к нагрузке.

Загрузка ЦП и загрузка ЦП

Сравнительное исследование различных индексов нагрузки, проведенное Феррари и др. сообщили, что информация о загрузке ЦП, основанная на длине очереди ЦП, гораздо лучше справляется с балансировкой нагрузки по сравнению с загрузкой ЦП. Причина, по которой длина очереди ЦП оказалась лучше, вероятно, заключается в том, что когда хост сильно загружен, его загрузка ЦП, вероятно, будет близка к 100%, и он не может отразить точный уровень загрузки. Напротив, длина очереди ЦП может напрямую отражать величину нагрузки на ЦП. Например, две системы, одна с 3, а другая с 6 процессами в очереди, с большой вероятностью будут иметь загрузку, близкую к 100%, хотя они, очевидно, различаются.

Расчет загрузки процессора

В системах Linux среднее значение нагрузки не рассчитывается для каждого такта, а определяется значением переменной, которая основана на настройке частоты Гц и проверяется на каждом такте. Этот параметр определяет тактовую частоту ядра в герцах (раз в секунду), и по умолчанию он равен 100 для тактов 10 мс. Действия ядра используют это количество тактов для определения времени. В частности, функция timer.c::calc_load(), вычисляющая среднее значение нагрузки, запускается каждый раз. LOAD_FREQ = (5*HZ+1) тиков или примерно каждые пять секунд:

беззнаковый   длинный   avenrun  [  3  ]; 

  static   inline   voidcalc_load   тики  (  без   длинные   знака  ) 
 { 
    unsigned   long   active_tasks  ;    /* фиксированная точка */ 
    static   int   count   =   LOAD_FREQ  ; 

     количество   -=   тиков  ; 
     если   (  счет   <   0  )   { 
       счет   +=   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  ); 
     } 
 } 

Массив avenrun содержит 1-минутное, 5-минутное и 15-минутное среднее значение. CALC_LOAD Макрос и связанные с ним значения определены в sched.h:

#define FSHIFT 11  /* количество бит точности */ 
 #define FIXED_1 (1<<FSHIFT)  /* 1,0 как фиксированная точка */ 
 #define LOAD_FREQ (5*HZ+1)  /* интервалы 5 секунд */ 
 #define EXP_1 1884  /* 1/exp(5сек/1мин) как фиксированная точка */ 
 #define EXP_5 2014  /* 1/exp(5сек/5мин) */ 
 #define EXP_15 2037  /* 1/exp(5сек/15мин) */ 

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

«Выборочный» расчет средних значений нагрузки является довольно распространенным явлением; FreeBSD также обновляет значение каждые пять секунд. Интервал обычно считается неточным, чтобы не собирать процессы, запуск которых запланирован на определенный момент.

В сообщении в списке рассылки Linux рассматривается +1 тика недостаточно, чтобы избежать артефактов муара из такой коллекции, и вместо этого предлагается интервал в 4,61 секунды. Это изменение распространено среди ядер системы Android , хотя точное используемое выражение предполагает, что HZ равен 100.

Другие команды производительности системы

Другие команды для оценки производительности системы включают в себя:

• uptime – надежность системы и средняя нагрузка
• top – для общего обзора системы
• vmstat – vmstat сообщает информацию о запущенных или заблокированных процессах, памяти, подкачке, блочном вводе-выводе, ловушках и процессоре.
• htop – интерактивный просмотрщик процессов
• dool (ранее dstat), atop – помогает сопоставить все существующие данные о ресурсах для процессов, памяти, подкачки, блочного ввода-вывода, ловушек и активности ЦП.
• iftop – интерактивный просмотр сетевого трафика для каждого интерфейса
• nethogs – интерактивный просмотрщик сетевого трафика для каждого процесса
• iotop – интерактивный просмотрщик ввода/вывода
• iostat – для хранения статистики ввода/вывода
• netstat – для сетевой статистики
• mpstat – для статистики процессора
• tload — график средней загрузки терминала
• xload – график средней нагрузки для X
• /proc/loadavg – текстовый файл, содержащий среднюю нагрузку

См. также

• использование процессора

Внешние ссылки

• Брендан Грегг (8 августа 2017 г.). «Средние значения нагрузки Linux: разгадка тайны» . Проверено 22 января 2018 г.
• Нил Дж. Гюнтер . «Средняя нагрузка UNIX – Часть 1: Как это работает» (PDF) . ТимКвест . Проверено 12 августа 2009 г.
• Андре Льюис (31 июля 2009 г.). «Понимание нагрузки на процессор Linux – когда вам следует беспокоиться?» . Проверено 21 июля 2011 г. Объяснение с использованием иллюстрированной аналогии с дорожным движением.
• Рэй Уокер (1 декабря 2006 г.). «Изучение средней нагрузки» . Linux-журнал . Проверено 21 июля 2011 г.
• Карстен Беккер. «Набор инструментов мониторинга нагрузки Linux OSS» . Средняя нагрузка