Linuxの平均負荷を理解し、Linuxのパフォーマンスを監視する


この記事では、重要なLinuxシステム管理タスクの1つである、システム/ CPUの負荷と負荷の平均に関するパフォーマンスの監視について説明します。

先に進む前に、すべてのUnixライクなシステムにおける次の2つの重要なフレーズを理解しましょう。

  • System load/CPU Load – is a measurement of CPU over or under-utilization in a Linux system; the number of processes which are being executed by the CPU or in waiting state.
  • Load average – is the average system load calculated over a given period of time of 1, 5 and 15 minutes.

Linuxでは、負荷平均は、実行中または中断不能としてタグ付けされた(カーネル)実行キュー内のプロセスの移動平均であると技術的に考えられています。

ご了承ください:

  • All if not most systems powered by Linux or other Unix-like systems will possibly show the load average values somewhere for a user.
  • A downright idle Linux system may have a load average of zero, excluding the idle process.
  • Nearly all Unix-like systems count only processes in the running or waiting states. But this is not the case with Linux, it includes processes in uninterruptible sleep states; those waiting for other system resources like disk I/O etc.

Linuxシステムの平均負荷を監視する方法

システムの稼働時間を示す稼働時間、ユーザー数、負荷平均など、システム負荷平均を監視する方法は多数あります。

$ uptime

07:13:53 up 8 days, 19 min,  1 user,  load average: 1.98, 2.15, 2.21

数字は左から右に読み取られ、上記の出力は次のことを意味します。

  • load average over the last 1 minute is 1.98
  • load average over the last 5 minutes is 2.15
  • load average over the last 15 minutes is 2.21

高い負荷平均は、システムが過負荷になっていることを意味します。多くのプロセスがCPU時間を待っています。

これについては、CPUコアの数に関連して次のセクションで明らかにします。さらに、実行中のLinuxシステムのリアルタイム状態を表示するtopやglanceなどの他のよく知られたツールに加えて、他の多くのツールを使用することもできます。

$ top
top - 12:51:42 up  2:11,  1 user,  load average: 1.22, 1.12, 1.26
Tasks: 243 total,   1 running, 242 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s): 17.4 us,  2.9 sy,  0.3 ni, 74.8 id,  4.6 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem :  8069036 total,   388060 free,  4381184 used,  3299792 buff/cache
KiB Swap:  3906556 total,  3901876 free,     4680 used.  2807464 avail Mem 

  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                                                                        
 6265 tecmint   20   0 1244348 170680  83616 S  13.3  2.1   6:47.72 Headset                                                                                                                                        
 2301 tecmint    9 -11  640332  13344   9932 S   6.7  0.2   2:18.96 pulseaudio                                                                                                                                     
 2459 tecmint   20   0 1707692 315628  62992 S   6.7  3.9   6:55.45 cinnamon                                                                                                                                       
 2957 tecmint   20   0 2644644 1.035g 137968 S   6.7 13.5  50:11.13 firefox                                                                                                                                        
 3208 tecmint   20   0  507060  52136  33152 S   6.7  0.6   0:04.34 gnome-terminal-                                                                                                                                
 3272 tecmint   20   0 1521380 391324 178348 S   6.7  4.8   6:21.01 chrome                                                                                                                                         
 6220 tecmint   20   0 1595392 106964  76836 S   6.7  1.3   3:31.94 Headset                                                                                                                                        
    1 root      20   0  120056   6204   3964 S   0.0  0.1   0:01.83 systemd                                                                                                                                        
    2 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.00 kthreadd                                                                                                                                       
    3 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.10 ksoftirqd/0                                                                                                                                    
    5 root       0 -20       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.00 kworker/0:0H   
....
$ glances
TecMint (LinuxMint 18 64bit / Linux 4.4.0-21-generic)                                                                                                                                               Uptime: 2:16:06

CPU      16.4%  nice:     0.1%                                        LOAD    4-core                                        MEM     60.5%  active:    4.90G                                        SWAP      0.1%
user:    10.2%  irq:      0.0%                                        1 min:    1.20                                        total:  7.70G  inactive:  2.07G                                        total:   3.73G
system:   3.4%  iowait:   2.7%                                        5 min:    1.16                                        used:   4.66G  buffers:    242M                                        used:    4.57M
idle:    83.6%  steal:    0.0%                                        15 min:   1.24                                        free:   3.04G  cached:    2.58G                                        free:    3.72G

NETWORK     Rx/s   Tx/s   TASKS 253 (883 thr), 1 run, 252 slp, 0 oth sorted automatically by cpu_percent, flat view
enp1s0     525Kb   31Kb
lo           2Kb    2Kb     CPU%  MEM%  VIRT   RES   PID USER        NI S    TIME+ IOR/s IOW/s Command 
wlp2s0        0b     0b     14.6  13.3 2.53G 1.03G  2957 tecmint      0 S 51:49.10     0   40K /usr/lib/firefox/firefox 
                             7.4   2.2 1.16G  176M  6265 tecmint      0 S  7:08.18     0     0 /usr/lib/Headset/Headset --type=renderer --no-sandbox --primordial-pipe-token=879B36514C6BEDB183D3E4142774D1DF --lan
DISK I/O     R/s    W/s      4.9   3.9 1.63G  310M  2459 tecmint      0 R  7:12.18     0     0 cinnamon --replace
ram0           0      0      4.2   0.2  625M 13.0M  2301 tecmint    -11 S  2:29.72     0     0 /usr/bin/pulseaudio --start --log-target=syslog
ram1           0      0      4.2   1.3 1.52G  105M  6220 tecmint      0 S  3:42.64     0     0 /usr/lib/Headset/Headset 
ram10          0      0      2.9   0.8  409M 66.7M  6240 tecmint      0 S  2:40.44     0     0 /usr/lib/Headset/Headset --type=gpu-process --no-sandbox --supports-dual-gpus=false --gpu-driver-bug-workarounds=7,2
ram11          0      0      2.9   1.8  531M  142M  1690 root         0 S  6:03.79     0     0 /usr/lib/xorg/Xorg :0 -audit 0 -auth /var/lib/mdm/:0.Xauth -nolisten tcp vt8
ram12          0      0      2.6   0.3 79.3M 23.8M  9651 tecmint      0 R  0:00.71     0     0 /usr/bin/python3 /usr/bin/glances
ram13          0      0      1.6   4.8 1.45G  382M  3272 tecmint      0 S  6:25.30     0    4K /opt/google/chrome/chrome 
...

これらのツールによって示される負荷平均は、読み取り/ proc/loadavgファイルであり、以下のようにcatコマンドを使用して表示できます。

$ cat /proc/loadavg

2.48 1.69 1.42 5/889 10570

グラフ形式で負荷平均を監視するには、以下を確認してください。ttyload–ターミナルでのLinux負荷平均の色分けされたグラフを表示します

デスクトップマシンには、システム負荷の平均を表示するために使用できるグラフィカルユーザーインターフェイスツールがあります。

CPUの関係数におけるシステム平均負荷の理解

CPUコアの数がパフォーマンスに与える影響に光を当てずに、システムの負荷やシステムのパフォーマンスを説明することはできません。

  • Multi-processor – is where two or more physical CPU’s are integrated into a single computer system.
  • Multi-core processor – is a single physical CPU which has at least two or more separate cores (or what we can also refer to as processing units) that work in parallel. Meaning a dual-core has 2 two processing units, a quad-core has 4 processing units and so on.

さらに、ハイパースレッディングと呼ばれる、並列コンピューティングを改善するためにIntelによって最初に導入されたプロセッサテクノロジもあります。

ハイパースレッディングでは、単一の物理CPUコアがオペレーティングシステムに対して2つの論理CPUコアとして表示されます(ただし、実際には、1つの物理ハードウェアコンポーネントがあります)。

単一のCPUコアは一度に1つのタスクしか実行できないため、複数のCPU /プロセッサ、マルチコアCPU、ハイパースレッディングなどのテクノロジが実現されたことに注意してください。

複数のCPUを使用すると、複数のプログラムを同時に実行できます。現在のIntelCPUは、マルチコアとハイパースレッディングテクノロジーの両方を組み合わせて使用しています。

システムで使用可能な処理装置の数を見つけるには、次のようにnprocまたはlscpuコマンドを使用できます。

$ nproc
4

OR
lscpu

示されているように、grepコマンドを使用して処理装置の数を見つける別の方法。

$ grep 'model name' /proc/cpuinfo | wc -l

4

ここで、システムの負荷をさらに理解するために、いくつかの仮定を行います。以下の負荷平均があるとしましょう。

23:16:49 up  10:49,  5 user,  load average: 1.00, 0.40, 3.35
  • The CPU was fully (100%) utilized on average; 1 processes was running on the CPU (1.00) over the last 1 minute.
  • The CPU was idle by 60% on average; no processes were waiting for CPU time (0.40) over the last 5 minutes.
  • The CPU was overloaded by 235% on average; 2.35 processes were waiting for CPU time (3.35) over the last 15 minutes.
  • The one CPU was 100% idle on average, one CPU was being used; no processes were waiting for CPU time(1.00) over the last 1 minute.
  • The CPUs were idle by 160% on average; no processes were waiting for CPU time. (0.40) over the last 5 minutes.
  • The CPUs were overloaded by 135% on average; 1.35 processes were waiting for CPU time. (3.35) over the last 15 minutes.

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結論として、あなたがシステム管理者であるなら、高い負荷平均は本当に心配する必要があります。それらが高い場合、CPUコアの数を超えると、CPUの需要が高いことを意味し、CPUコアの数を下回る低い負荷平均は、CPUが十分に活用されていないことを示します。