不管是运维还是开发，平时在排查问题系统问题时，经常会使用top命令，top会展示系统当前cpu负载、内存使用等基本信息。其中有一个load average指标，分别表示最近1分钟、5分钟和15分钟的cpu平均负载情况。
这个数据是从/proc/loadavg获取的，看下/proc/loadavg里面的内容。
前三列分别表示最近1分钟、5分钟和15分钟的cpu平均负载（top中的load average就是从这获取的），第四列1/442表示当前正在running的进程数是1，总进程数是442，第五列表示最近一次运行的进程PID号。
那/proc/loadavg前三列cpuload是怎么计算得来的呢？
从内核代码fs/proc/loadavg.c位置看起
loadavg_proc_show函数承担的就是定时更新/proc/loadavg里的cpu负载数据。
其中，LOAD_INT计算avnrun元素的整数部分，LOAG_FRAC计算avnrun元素的小数部分。
负载数据主要通过get_avenrun获得：
#define FSHIFT 11 /* nrof bits of precision */
#define FIXED_1 (1«FSHIFT) /*1.0 as fixed-point */
#define LOAD_FREQ (5HZ+1)/ 5 sec intervals*/
#define EXP_1 1884 /*1/exp(5sec/1min) as fixed-point */
#define EXP_5 2014 /*1/exp(5sec/5min) */
#define EXP_15 2037 /*1/exp(5sec/15min) */
因此FIXED_1/200 = 2048 / 200 = 10，即get_avenrun的参数offset=10，shift=0
数组avenrun大小为3，unsigned long avenrun[3]，存放的就是最近1分钟、5分钟和15分钟的平均负载数据。其中，loadavg是每5秒钟更新一次，即LOAD_FREQ
我们看下avnrun[0]计算过程：
avnrun[0]= (avenrun[0]+FIXED_1/200) «0=avenrun[0]+(1«11) /200=avenrun[0]+2048/200
LOAD_INT(avnrun[0])= (avenrun[0]+2048/200)»11=(avenrun[0]+2048/200)/2048=
avenrun[0]/2048+1/2048
LOAD_FRAC(avnrun[0])= LOAD_INT(((avnrun[0])& (FIXED_1-1)) * 100)=
LOAD_INT(((avnrun[0]) & (2048-1)) *100) = LOAD_INT(((avnrun[0]) & (2048-1)) * 100)=
((avnrun[0]%(2048) * 100) / 2048 + 1/2
同理可以推导出LOAD_INT(avnrun[1])、LOAD_INT(avnrun[2])、LOAD_FRAC(avnrun[1])、LOAD_FRAC(avnrun[2])。
那么，只要计算出avenrun，就能计算对应的cpu负载了。
接下来重点看avenrun是如何计算出来的。
avenrun计算逻辑主要在kernel/sched/loadavg.c
这里在更新avenrun时，会使用上一次的avenrun的值进行更新。
用avenrun(t-1)和avenrun(t)分别表示上一次计算的avenrun和本次计算的avenrun，则根据calc_load可以得到如下计算：
avenrun(t) =(avenrun(t-1)* EXP_N+active*(FIXED_1- EXP_N)) / FIXED_1=
avenrun(t-1)+ ((active *(FIXED_1-EXP_N)) –avenrun(t-1)) * (FIXED_1 -EXP_N)) / FIXED_1
从而推导出：
avenrun(t)- avenrun(t-1)= ((active *(FIXED_1-EXP_N))– avenrun(t-1)) * (FIXED_1 -EXP_N)) / FIXED_1
因此：
(avenrun(t)- avenrun(t-1)) * FIXED_1 =((active *(FIXED_1-EXP_N)) – avenrun(t-1)) * (FIXED_1 -EXP_N))
1分钟、5分钟、15分钟对应的EXP_N值如上，随着EXP_N的增大，(FIXED_1 – EXP_N)/FIXED_1值就越小，这样active的变化对整体load带来的影响就越小。对于一个active波动较小的系统，load会不断的趋近于active，最开始趋近比较快，随着相差值变小，趋近慢慢变缓，越接近时越缓慢，并最终达到active。
那么active又包含哪些，如何计算的？
其实active包含了running和uninterable状态的进程数。
for_each_possible_cpu(cpu){
nr_active += cpu_of(cpu)->nr_running +cpu_of(cpu)->nr_uninterruptible;
}
avenrun[n] = avenrun[0] * exp_n + nr_active* (1 - exp_n)
由于2.6之后的内核引入了nohz模式，这就在计算cpu loadavg要稍微负载一些，不仅仅是cpu load，几乎整个涉及到系统性能上的计算都要将nohz模式考虑在内。
Cpu load的nohz模式请参考http://tinylab.org/how-to-calc-load-and-part1/
