CPU的load和使用率傻傻分不清

图解CPU使用率和Load

1. 什么是Cpu的Load

使用uptime、top或者查看/proc/loadavg都可以看到CPU的load统计，这里有三个值，分别代表1分钟、5分钟和15分钟的CPU Load情况。大部分人认为这三个数值越小说明比较好，如果越高说明系统可能存在问题或负载过高了。那这个值处于什么状态是好什么又是不好？什么时候需要关注并检查高的原因？
LOAD AVERAGE：一段时间内处于可运行状态和不可中断状态的进程平均数量。（可运行分为正在运行进程和正在等待CPU的进程，状态为R；不可中断则是它正在做某些工作不能被中断比如等待磁盘IO等，其状态为D），它是从另外一个角度体现CPU的使用状态。
如何理解LOAD这个含义呢？

上图1个电话亭可以理解为一个CPU核心。从上图的过程中可以看到load的概念，而使用率始终100%。

理想的CPU load是多少

这个跟你的CPU核心数量有关，理想情况下一个核心被一个进程占用，如果你是4个核心，那么跑4个进程，此时Load是4但是也不高，如果你只有2个核心，依然跑4个进程，这就意味着有一半进程在某一个时刻抢不到CPU，这时候Load还是4，如果是短期状态还无所谓，如果长期是这个状态你就要注意了。

多核心CPU和多处理器

对于性能而言一个双核CPU和2个单核CPU是差不多的，当然一些细小区别是CPU的缓存、进程可能会在多个CPU上切换等。除了这些对于LOAD而言，核心个数才是最重要的，有多少个物理处理器不重要。
对于一个4核心处理器的系统来说，一个LOAD为3.00依然很健康，因为LOAD相对于处理器的核心数来说，100%使用率在一个单核处理器上的load是1.00，那么在一个双核处理器上就是2.00，在一个4核心处理器上就是4.00。
回到桥的那个例子，如果桥只有1条车到那么LOAD是1.00表示桥达到最大承载能力，如果在一个有2条车道的桥上1.00表示桥的负载啊是50%，1条车道满了，另外一条空闲可以继续通行。
所以对于有多核心CPU的系统来说最大LOAD是最大的核心数量，你的LOAD不应该超过最大核心数量。2CPU、每个CPU有6个物理核心、算上超线程最终的逻辑CPU个数是24个。比如在Linux查看如下：

这里一个processor就算一个核心，虽然这里的数量是通过因特尔的超线程模拟出来的

应该关注哪个值

应该关注5分钟或者15分钟，因为CPU偶尔高一些比较正常，但是如果最近15分钟都很高就需要调查了。

查看Linux系统物理CPU个数、核心数和逻辑CPU个数

总核数 = 物理CPU个数 * 每个物理CPU的核心数
总逻辑CPU数 = 物理CPU个数 * 每个物理CPU的核心数 * 超线程数量

# 查看物理CPU个数
cat /proc/cpuinfo| grep "physical id"| sort| uniq| wc -l

查看每个物理CPU中的核心数
cat /proc/cpuinfo| grep "cpu cores"| uniq

查看逻辑CPU的个数
cat /proc/cpuinfo| grep "processor"| wc -l

2. 什么是CPU使用率

使用率这个要结合时间片来说，从上图的演变可以看出影响使用率高低的因素不是LOAD的多少，而是在分配给某个进程时间片时，这个进程是否使用了CPU的计算能力。
在第四分钟时候，分配给蓝人1分钟，但是它什么也没干，这1分钟内电话是闲置的没有被使用，所以这一分钟内的电话使用率就是0%。但是LOAD是3。
当然这里就存在一个统计周期的问题，上图我们的统计周期是1分钟，而分配给每个人的最小时间单位也是1分钟。从计算机角度来说，单核心CPU，假设1秒钟分为100个时间片，如果2个任务，第一个任务用了5个时间片执行完成，另外一个任务用了15个时间片执行完成，所以如果统计周期是1秒，那么这1秒内的CPU使用率就是20%。CPU利用率高不一定负载高。利用率是一段时间内CPU被占用的情况。
CPU负载高利用率低：说明等待执行的任务很多，但是通常任务多CPU使用率也会比较高，如果低就说明CPU根本没工作，哪些很多的任务处于等待状态，可能进程僵死了。可以通过命令ps –axjf查看是否存在D状态的进程，该状态时不可中断的睡眠状态。这种状态无法被KILL。而有时候你通过top命令也看不出来，只能显示LOAD高，但是没有哪个进程的CPU使用率明显高，你可以通过ps –ux来查看。
CPU利用率高负载低：说明任务少，但是任务执行时间长，有可能是程序本身有问题，如果没有问题那么计算完成后则利用率会下降。

3. CPU多核心和多线程

CPU的组成是由控制器（Control Unit 负责调度）和运算器（Processing Unit 运算处理单元）组成。
单核CPU：一个分配工作的、一个具体干活的，来了一个任务那么先有控制器进行进行调度，如果此时运算器空闲那么就直接由运算器进行处理，如果此时运算器正在处理其他任务那么这个后来的任务就需要等待。
多核CPU：就是每个核心都有一组控制器和运算器。比如I5是4核心，简单来说他可以并行处理四个任务。假设这时候同时来了8个任务，那么分配到四个核心上相当于4个队列，此时每个队列只有2个任务。相比单核心CPU执行效率会大大提高。

什么是超线程

超线程（HT）：超线程和多线程不同，多线程是程序方面的属于软的代码级别的，超线程是硬件架构方面的，通过控制器来模拟逻辑核心。
超线程有什么作用？其实也是为了提高效率更高的榨干控制器的运行能力。为什么这么说呢，因为任务过来之后很多时候不是马上就能由运算器进行计算的，它还需要其他资源比如网络传输过来的数据或者是硬盘中的数据，那么此时运算器就闲着，为了更大限度利用运算器，我可以设置2个控制器对应一个运算器，其中一个控制器处理的程序需要等待数据的时候，如果另外一个控制器处理的程序不需要等待或者数据已经准备好，那么就可以立即发送给运算器进行计算。
下图蓝色和橙色都是CPU的运算器在工作，白色表示运算器空闲。A图是单核心、B图是双核心、C图是单核心启用超线程，可以看到C图的CPU利用率最大。

多线程有什么缺点

争抢：核心上运算器只有一个，但是控制器2个，如果来的一个任务那么这两个控制器就需要协调一下谁来处理，所以这个会有一定损耗。这就相当于线程池中的惊群概念。
发生拥挤：物理核心太多如果开启HT则逻辑核心增加一倍，如果这时候来了几百个任务，如何分配这些任务到哪些核心上就是个问题，虽然这是由操作系统来做的调度但是也会有额外损耗，相反你只有一个我就根本不需要考虑分配的问题。