CPU Load Average

CPU Load Average 是計算機系統性能指標之一，它是一個虛擬的概念，通常在 Linux 和 Unix 系統中使用。它用于衡量處理器在一段時間內的工作負載，可以通過該指標來了解系統上 CPU 的狀態信息，且可以用來判斷系統是否繁忙以及是否需要擴容。

一、什麼是CPU Load Average

CPU Load Average 是指一段時間內可運行(就緒狀態)的進程的數目，通常以三個數字的形式呈現，比如1分鐘、5分鐘和15分鐘內的 Load Average，以及對應的負載的平均值。一個運行於Linux系統中的例子：

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

上面的輸出中，1 分鐘內的 Load Average 是 0.14，5 分鐘內的 Load Average 是 0.05，15 分鐘內的 Load Average 是 0.01。這意味着在此期間有幾個進程在等待 CPU，也就是說系統在不同時間段內的負載是不同的。Load Average的值越小，代表系統越空閑。

二、CPU Load Average 如何計算

CPU Load Average 的計算方式簡單來說就是計算可運行（就緒狀態）的進程數。在Linux系統中，進程狀態分為 5 種：

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

其中，就緒狀態的進程在等待被 CPU 調度執行。一旦進入就緒狀態，進程就可以立即執行。CPU Load Average 的計算方式可以使用 Linux 系統提供的 top 或者 uptime 命令來實現。

對於基於 Unix 的系統（如 macOS 等），CPU Load Average 的計算方式與 Linux 相似，可以使用系統自帶的 uptime 命令來查看。

三、CPU Load Average 的解讀

CPU Load Average 的值越大，則代表系統上的可運行進程越多，CPU工作負荷就越高。低於 CPU 核心數量的 Load Average 值還是比較正常的，如果 Load Average 值達到了 CPU 核心數量的兩倍，那麼就應該考慮對機器進行負載均衡或者進行 CPU 擴容。否則系統將不再響應，並出現卡頓等情況。

Load Average 的變化進程可以看出系統的負載情況，以下是兩個例子。

1. Load average 長期高於 5

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

以上輸出表示系統的負載很高，系統運行緩慢，需要考慮擴容CPU或者進行負載均衡。

2. CPU Load Average 高於 CPU 核心數

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

以上輸出表示系統的負載依然得到穩定控制，不過，此時的 Load Average 已經超過了 CPU 核心數，這樣就需要考慮擴充機器，否則就會出現性能上的問題。

四、利用CPU Load Average 進行應用程序監控

CPU Load Average 做為衡量系統 CPU 工作負載的指標，可以應用在不同維度的應用監控上。以一個Java應用為例，可以通過如下代碼實現：

//獲取1分鐘、5分鐘、15分鐘的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);

在實際應用場景中，開發人員可以將此code加入應用程序或者服務的監控機制中，實現在 CPU usage 上進行監控，並及時做出相應的處理。

五、結論

CPU Load Average 是監控系統性能的重要指標之一，它可以幫助開發人員了解系統的負載情況，並根據情況做出相應的處理。通過監控 CPU Load Average 值，可以及時採取措施避免系統性能下降並加快問題定位和解決，從而提高應用程序的可用性。