CPU Load Average

CPU Load Average 是计算机系统性能指标之一，它是一个虚拟的概念，通常在 Linux 和 Unix 系统中使用。它用于衡量处理器在一段时间内的工作负载，可以通过该指标来了解系统上 CPU 的状态信息，且可以用来判断系统是否繁忙以及是否需要扩容。

一、什么是CPU Load Average

CPU Load Average 是指一段时间内可运行(就绪状态)的进程的数目，通常以三个数字的形式呈现，比如1分钟、5分钟和15分钟内的 Load Average，以及对应的负载的平均值。一个运行于Linux系统中的例子：

11:28:28 up 70 days, 23:54,  2 users,  load average: 0.14, 0.05, 0.01

上面的输出中，1 分钟内的 Load Average 是 0.14，5 分钟内的 Load Average 是 0.05，15 分钟内的 Load Average 是 0.01。这意味着在此期间有几个进程在等待 CPU，也就是说系统在不同时间段内的负载是不同的。Load Average的值越小，代表系统越空闲。

二、CPU Load Average 如何计算

CPU Load Average 的计算方式简单来说就是计算可运行（就绪状态）的进程数。在Linux系统中，进程状态分为 5 种：

1. 运行（running）
2. 就绪（ready）
3. 休眠（sleeping）
4. 停止（stopped)
5. 僵死（zombie）

其中，就绪状态的进程在等待被 CPU 调度执行。一旦进入就绪状态，进程就可以立即执行。CPU Load Average 的计算方式可以使用 Linux 系统提供的 top 或者 uptime 命令来实现。

对于基于 Unix 的系统（如 macOS 等），CPU Load Average 的计算方式与 Linux 相似，可以使用系统自带的 uptime 命令来查看。

三、CPU Load Average 的解读

CPU Load Average 的值越大，则代表系统上的可运行进程越多，CPU工作负荷就越高。低于 CPU 核心数量的 Load Average 值还是比较正常的，如果 Load Average 值达到了 CPU 核心数量的两倍，那么就应该考虑对机器进行负载均衡或者进行 CPU 扩容。否则系统将不再响应，并出现卡顿等情况。

Load Average 的变化进程可以看出系统的负载情况，以下是两个例子。

1. Load average 长期高于 5

 17:00:01 up 38 days,  5:27, 13 users,  load average: 10.97, 10.94, 10.44

以上输出表示系统的负载很高，系统运行缓慢，需要考虑扩容CPU或者进行负载均衡。

2. CPU Load Average 高于 CPU 核心数

 17:20:04 up 1 day, 14:46,  0 users,  load average: 2.08, 2.10, 2.21

以上输出表示系统的负载依然得到稳定控制，不过，此时的 Load Average 已经超过了 CPU 核心数，这样就需要考虑扩充机器，否则就会出现性能上的问题。

四、利用CPU Load Average 进行应用程序监控

CPU Load Average 做为衡量系统 CPU 工作负载的指标，可以应用在不同维度的应用监控上。以一个Java应用为例，可以通过如下代码实现：

//获取1分钟、5分钟、15分钟的Load Average值
String command = "uptime";
Process process = Runtime.getRuntime().exec(command);
process.waitFor();
BufferedReader r = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));
String line;
String cpuload = "";
while ((line = r.readLine()) != null) {
    cpuload += line + "\n";
}

//打印Load Average的值
System.out.println("CPU Load Average: " + cpuload);

在实际应用场景中，开发人员可以将此code加入应用程序或者服务的监控机制中，实现在 CPU usage 上进行监控，并及时做出相应的处理。

五、结论

CPU Load Average 是监控系统性能的重要指标之一，它可以帮助开发人员了解系统的负载情况，并根据情况做出相应的处理。通过监控 CPU Load Average 值，可以及时采取措施避免系统性能下降并加快问题定位和解决，从而提高应用程序的可用性。