CPU使用率和CPU负载的区别

1、CPU使用率

CPU使用率指的是程序在运行期间实时占用的CPU百分比，这是对一个时间段内CPU使用状况的统计。通过这个指标可以看出在某一个时间段内CPU被占用的情况。

2、cpu负载

2.1 load-average

Linux操作系统能够同时处理几个不同名称的任务。但是同时运行多个任务的过程中，cpu和磁盘这些有限的硬件资源就需要被这些任务程序共享。即便很短的时间间隔内，需要一边在这些任务之间进行切换到一边进行处理，这就是多任务。

运行中的任务较少的情况下，系统并不是等待此类切换动作的发生。但是当任务增加时，例如任务A正在CPU上执行计算，接下来如果任务B和C也想进行计算，那么就需要等待CPU空闲。也就是说，即便是运行处理某任务，也要等到轮到他时才能运行，此类等待状态就表现为程序运行延迟。

uptime输出中包含“load average”的数字，Load average从左边起依次是过去1分钟、5分钟、15分钟内，单位时间的等待任务数，也就是表示平均有多少任务正处于等待状态。在load average较高的情况下，这就说明等待运行的任务较多，因此轮到该任务运行的等待时间就会出现较大的延迟，即反映了此时负载较高。

假设一部电梯能站10个人，那当1-10人坐电梯时，可以认为电梯的load<1；

正好10人时，load=1；
超过10人时，load>1；
如果有15个人要坐电梯，那就是说能有10人直接坐电梯，另外5人需要等待。此时电梯的load=15/10 = 1.5
也就是说，1.5的负载表示系统当前满负荷运转，且还有相当于50%满负荷的请求在等待

对于load average的临界值，业内有两种判断依据
load average <= cpu核数 * 0.7 或 load average <= cpu核数 - 1

Linux命令查看系统平均负载load-average的输出
uptime

top

sar -q

runq-sz：运行队列的长度（等待运行的进程数）

plist-sz：进程列表中进程（processes）和线程（threads）的数量

ldavg-1：最后1分钟的系统平均负载（Systemload average）

ldavg-5：过去5分钟的系统平均负载

ldavg-15：过去15分钟的系统平均负载

2.2 cpu负载的计算

CPU数量和CPU内核数都会影响到CPU负载，因为任务最终是要分配到CPU核心去处理的。两块CPU要比一块CPU好，双核要比单核好。因此，除去CPU性能上的差异，CPU负载是基于内核数来计算的。“有多少内核，就有多少load”。如单核负载为1.00，双核负载为2.00.以此类推。

2.3 cpu负载分类

负载就是cpu在一段时间内正在处理以及等待cpu处理的进程数之和的统计信息，也就是cpu使用队列的长度统计信息，这个数字越小越好（如果超过CPU核心*0.7就是不正常）

负载分为两大部分：CPU负载、IO负载

cpu负载：假设有一个进行大规模科学计算的程序，虽然该程序不会频繁地从磁盘输入输出，但是处理完成需要相当长的时间。因为该程序主要被用来做计算、逻辑判断等处理，所以程序的处理速度主要依赖于cpu的计算速度。此类cpu负载的程序称为“计算密集型程序”。

IO负载：还有一类程序，主要从磁盘保存的大量数据中搜索找出任意文件。这个搜索程序的处理速度并不依赖于cpu，而是依赖于磁盘的读取速度，也就是输入输出（input/output,I/O）.磁盘越快，检索花费的时间就越短。此类I/O负载的程序，称为“I/O密集型程序”。

2.4 负载的意义

负载表示的是“等待进程的平均数”。在上面的进程状态变换过程中，除了running状态，其他都是等待状态，那么其他状态都会加入到负载等待进程中吗？

事实证明，只有进程处于运行态（running）和不可中断状态（interruptible）才会被加入到负载等待进程中，也就是下面这两种情况的进程才会表现为负载的值。

即便需要立即使用CPU，也还需等待其他进程用完CPU
即便需要继续处理，也必须等待磁盘输入输出完成才能进行
下面描述一种直观感受的场景说明为什么只有运行态（running）和可中断状态（interruptible）才会被加入负载。

如：在很占用CPU资源的处理中，例如在进行动画编码的过程中，虽然想进行其他相同类型的处理，结果系统反映却变得很慢，还有从磁盘读取大量数据时，系统的反映也同样会变的很慢。但是另一方面，无论有多少等待键盘输入输出操作的进程，也不会让系统响应变慢。

3、常见问题

为什么压测时候会出现高负载，低CPU使用率的情况

原因：等待磁盘I/O完成的进程过多，导致进程队列长度过大，但是cpu运行的进程却很少，这样就体现到负载过大了，cpu使用率低。

负载总结为一句话就是：需要运行处理但又必须等待队列前的进程处理完成的进程个数。具体来说，也就是如下两种情况：

等待被授权予CPU运行权限的进程
等待磁盘I/O完成的进程
cpu低而负载高也就是说等待磁盘I/O完成的进程过多，就会导致队列长度过大，这样就体现到负载过大了，但实际是此时cpu被分配去执行别的任务或空闲，具体场景有如下几种。

场景一：磁盘读写请求过多就会导致大量I/O等待

上面说过，cpu的工作效率要高于磁盘，而进程在cpu上面运行需要访问磁盘文件，这个时候cpu会向内核发起调用文件的请求，让内核去磁盘取文件，这个时候会切换到其他进程或者空闲，这个任务就会转换为不可中断睡眠状态。当这种读写请求过多就会导致不可中断睡眠状态的进程过多，从而导致负载高，cpu低的情况。

场景二：MySQL中存在没有索引的语句或存在死锁等情况

我们都知道MySQL的数据是存储在硬盘中，如果需要进行sql查询，需要先把数据从磁盘加载到内存中。当在数据特别大的时候，如果执行的sql语句没有索引，就会造成扫描表的行数过大导致I/O阻塞，或者是语句中存在死锁，也会造成I/O阻塞，从而导致不可中断睡眠进程过多，导致负载过大。
具体解决方法可以在MySQL中运行show full processlist命令查看线程等待情况，把其中的语句拿出来进行优化。

场景三：外接硬盘故障，常见有挂了NFS，但是NFS server故障

比如我们的系统挂载了外接硬盘如NFS共享存储，经常会有大量的读写请求去访问NFS存储的文件，如果这个时候NFS Server故障，那么就会导致进程读写请求一直获取不到资源，从而进程一直是不可中断状态，造成负载很高。