极客时间 - 《Linux 性能优化实战》

02 | 基础篇：到底应该怎么理解“平均负载”？

在Linux系统中，当一个进程启动时，操作系统会为该进程申请哪些资源？（9点）

• PID：系统中唯一标识，用于区分不同的进程，进行进程管理和调度。
• 虚拟内存空间：包括代码段、数据段、堆、栈等，存储进程代码、数据、运行时堆栈等信息。
• 文件描述符：进程可以打开文件、管道、套接字等，操作系统会为这些打开的资源分配文件描述符，用于标记和访问这些资源。
• CPU时间片：确保进程能够获得必要的CPU资源来执行其任务。
• 进程控制块 PCB：操作系统会为每个进程创建一个进程控制块，其中包含进程的状态信息、寄存器值、调度信息等，用于管理和调度进程。
• 环境变量：包含了一些配置信息和运行时参数，影响进程运行和配置。
• 信号处理器：操作系统会为进程设置信号处理器，用于处理各种信号事件（如中断、终止信号等），确保进程能够正确响应各种信号事件。
• 用户和组ID，用于权限管理和访问控制。
• 网络资源：socket，支持进程进行网络通信。

如何理解进程的 S 状态？

• S（interruptible Sleep）
• 进入条件：需要等待可被信号中断的事件发生。
• 可处理信号。
• 进程暂停执行，释放CPU资源。
• 等待的特定事件发生后，从S状态转换为就绪状态，等待CPU调度执行。
• 应用场景：文件IO，网络通信，进程间通信。

如何理解进程的 D 状态？

• D（Uninterruptible Sleep）
• 进入条件：需要等待可被信号中断的事件发生。
• 不可处理信号，直到等待事件发生。（这个时候信号会等事件响应之后处理吗？）
• 进程暂停执行，释放CPU资源。
• 等待的特定事件发生后，从S状态转换为就绪状态，等待CPU调度执行。
• 应用场景（进程与硬件设备直接交互）：磁盘读写，DMA操作，内核锁，内核同步操作。

如何理解进程的 R 状态？

• R（Running）:进程正在被CPU调度，占用CPU。
• R（Runnable）：进程等待被CPU调度，不占用CPU。

如何理解进程的 Z 状态？

• Z（Zombie）僵尸状态。
• 子进程执行结束，子进程描述符保留在操作系统进程表中。
• 子进程不能通过发送信号杀死，需要通过父进程调用 wait() 或 waitpid() 来获取其退出状态信息后，操作系统释放进程描述符。
• 父进程执行结束，操作系统也会释放子僵尸进程描述符。
• 不占用CPU和内存资源，占用进程表中的一个进程描述符。

如何理解父进程执行结束，操作系统也会释放子僵尸进程描述符？

• 操作系统检测到父进程结束。
• 将僵尸子进程PPID改为1，即 init 进程的PID。
• init进程会定期调用 wait() 或 waitpid() 系统调用来获取僵尸子进程的退出状态，操作系统释放僵尸子进程资源（包括文件描述符），结束这些僵尸子进程的生命周期。

如何理解进程的 I 状态？

如何理解进程的 T 状态？

如何理解平均负载？

单位时间内，系统处于 R状态 和 D状态 的平均进程数。

如何理解 uptime 的运行结果？如何判断结果是否正常或异常？

TUPIAN

$ uptime
02:34:03 up 2 days, 20:14,  1 user,  load average: 0.63, 0.83, 0.88

正常情况：

• 平均负载数值 / CPU逻辑核心数 < 70%。
• 分析趋势：1 分钟、5 分钟、15 分钟的三个值基本相同，或者相差不大。

异常情况：

• 平均负载数值 / CPU逻辑核心数 > 70%。
• 分析趋势：1 分钟、5 分钟、15 分钟的三个值递减，说明最近这段时间负载在增加，一旦 1 分钟的平均负载接近或超过了逻辑 CPU 的个数，就意味着系统正在发生过载问题，需要分析问题并进行优化。

如何理解CPU使用率？

如何理解CPU使用率和平均负载的关系？

如何理解 mpstat 工具？

功能：多核 CPU 性能分析工具，用来实时查看每个 CPU 的性能指标，以及所有 CPU 的平均指标。

执行结果分析：

如何理解 pidstat 工具？

功能：进程性能分析工具，用来实时查看进程的 CPU、内存、I/O 以及上下文切换等性能指标。

执行结果分析：