Load的计算方法

跟踪busybox的代码可以知道，load是从/proc/loadavg中读取的。
我本机的一次抓取内容如下：

plx@plinux-Laptop:~/busybox-1.17.1$ cat /proc/loadavg
0.64 0.81 0.86 3/364 6930

每个值的含义依次为：
lavg_1 (0.64) 1-分钟平均负载
lavg_5 (0.81) 5-分钟平均负载
lavg_15(0.86) 15-分钟平均负载
nr_running (3) 在采样时刻，运行队列的任务的数目，与/proc/stat的procs_running表示相同意思
nr_threads (364) 在采样时刻，系统中活跃的任务的个数（不包括运行已经结束的任务）
last_pid(6930) 最大的pid值，包括轻量级进程，即线程。
假设当前有两个CPU，则每个CPU的当前任务数为0.64/2=0.32

我们可以在Linux内核中找到loadavg文件的源码：

tatic int loadavg_read_proc(char *page, char **start, off_t off,
                                 int count, int *eof, void *data)
{
        int a, b, c;
        int len;
#
 
        a = avenrun[0] + (FIXED_1/200);
        b = avenrun[1] + (FIXED_1/200);
        c = avenrun[2] + (FIXED_1/200);
        len = sprintf(page,"%d.d %d.d %d.d %ld/%d %dn",
                LOAD_INT(a), LOAD_FRAC(a),
                LOAD_INT(b), LOAD_FRAC(b),
                LOAD_INT(c), LOAD_FRAC(c),
                nr_running(), nr_threads, last_pid);
        return proc_calc_metrics(page, start, off, count, eof, len);
}

以及计算load的代码：

#define FSHIFT      11          
#define FIXED_1     (1<<FSHIFT) 
#define LOAD_FREQ   (5*HZ)      
#define CALC_LOAD(load, exp, n)     
         load *= exp;               
         load += n*(FIXED_1 - exp); 
         load >>= FSHIFT;
 
unsigned long avenrun[3];
 
EXPORT_SYMBOL(avenrun);
 

static inline void calc_load(unsigned long ticks)
{
        unsigned long active_tasks; 
        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);
        }
}

看了大师的文章，理解了这些代码。
所以可以明白：Linux的系统负载指运行队列的平均长度，也就是等待CPU的平均进程数。 Linux的系统负载指运行队列的平均长度，也就是等待CPU的平均进程数。因为Linux内禁止浮点运算，因此系统的负载只能通过计算变化的次数这一修正值来计算。Linux内核定义一个长度为3的双字数组avenrun，双字的低11位用于存放负载的小数部分，高21位用于存放整数部分。当进程所耗的 CPU时间片数超过CPU在5秒内能够提供的时间片数时，内核计算上述的三个负载。负载初始化为0，假设最近1、5、15分钟内的平均负载分别为 load1、load5和load15，那么下一个计算时刻到来时，内核通过下面的算式计算负载：
load1 -= load1 -* exp(-5 / 60) -+ n * (1 – exp(-5 / 60 ))
load5 -= load5 -* exp(-5 / 300) + n * (1 – exp(-5 / 300))
load15 = load15 * exp(-5 / 900) + n * (1 – exp(-5 / 900))
其中，exp(x)为e的x次幂，n为当前运行队列的长度。Linux内核认为进程的生存时间服从参数为1的指数分布，指数分布的概率密度为：以内核计算负载load1为例，设相邻两个计算时刻之间系统活动的进程集合为S0。从1分钟前到当前计算时刻这段时间里面活动的load1个进程，设他们的集合是 S1，内核认为的概率密度是:λe-λx，而在当前时刻活动的n个进程，设他们的集合是Sn内核认为的概率密度是1-λe-λx。其中x = 5 / 60，因为相邻两个计算时刻之间进程所耗的CPU时间为5秒，而考虑的时间段是1分钟(60秒)。那么可以求出最近1分钟系统运行队列的长度：
load1 = |S1| -* λe-λx + |Sn| * (1-λe-λx) = load1 * λe-λx + n * (1-λe-λx)
其中λ = 1， x = 5 / 60， |S1|和|Sn|是集合元素的个数，这就是Linux内核源文件shed.c的函数calc_load()计算负载的数学依据。


所以“Load值=CPU核数”，这是最理想的状态，没有任何竞争，一个任务分配一个核。
由于数据是每隔5秒钟检查一次活跃的进程数，然后根据这个数值算出来的。如果这个数除以CPU的核数，结果高于5的时候就表明系统在超负荷运转了。