操作系统性能监控 - By NodeJS

DongYuanxin

2020-01-11

读了 os 模块的文档，研究了几个有意思的问题：

🤔 理解和计算“平均负载”
🤔 理解和计算“cpu 使用率”
🤔 理解和计算“内存使用率”
🤔 识别操作系统平台

常用指标

操作系统：提供了os.platform()和os.type()，可以用来识别操作系统平台。推荐使用: os.platform()
运行时间：
- nodejs 运行时间：process.uptime()
- 系统运行时间：os.uptime()
常用路径
- 系统（windows/macos）空设备：os.devNull
- 当前用户主路径：os.homedir()
- 系统临时文件目录：os.tmpdir()
进程调度优先级
- 查询指定进程优先级：os.getPriority([pid])
- 修改指定/当前进程优先级：os.setPriority([pid, ]priority)

理解和计算“平均负载”

什么是平均负载？

平均负载是指：单位时间内，系统处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数。它和 cpu 使用率没有直接关系。

以上图为例，假设是单CPU单内核系统，那么当CPU任务（图中的小车）不多的时候，就是Load < 1，依次类推到 Load = 1 、 Load > 1

对于多核CPU，那么一个CPU就有2条路，那么当Load = 2（大于1）的时候，系统也不会卡顿。

如何查看平均负载？

在 nodejs 中，直接调用os.loadavg()可以获得 1、5 和 15 分钟的平均负载，它和 unix 命令uptime返回值一样。

为什么需要关心平均负载呢？

因为进程分为 2 种，第一种就是“CPU 密集型”，它的 cpu 使用率和平均负载都是高的；第二种是“IO 密集型”，它的 cpu 使用率不一定高，但是等待 IO 会造成平均负载高。

所以，cpu 使用率和平均负载共同反应系统性能。

如何判断平均负载是否过高？

平均活跃进程数最理想的状态是 cpu 数量 = 平均负载，如果 cpu 数量 < 平均负载，那么平均负载过高。

// 判断是否平均负载过高
function isHighLoad() {
    const cpuNum = os.cpus().length; // 获取当前电脑CPU内核的数量
    return os.loadavg().map(item => item > cpuNum);
}

理解和计算“cpu 使用率”

很多监控软件都提供针对 cpu 使用率的“实时”监控，当然这个实时不是真的实时，有个时间差。这个功能，nodejs 如何实现呢？

第一步：封装getCPUInfo()，计算获取 cpu 花费的总时间与空闲模式花费的时间。

/**
 * 获取cpu花费的总时间与空闲模式的时间
 */
function getCPUInfo() {
    const cpus = os.cpus();
    let user = 0,
        nice = 0,
        sys = 0,
        idle = 0,
        irq = 0,
        total = 0;
    cpus.forEach(cpu => {
        const { times } = cpu;
        user += times.user;
        nice += times.nice;
        sys += times.sys;
        idle += times.idle;
        irq += times.irq;
    });
    total = user + nice + sys + idle + irq;
    return {
        total, // 总时间
        idle // 空闲时间
    };
}

第二步：当前时间点 t1，选定一个时间差 intervel，计算 t1 和 t1 + interval 这两个时间点的 cpu 时间差与空闲模式时间差，返回 1 - 空闲时间差 / cpu时间差。返回的结果就是时间差 intervel 内的平均 cpu 使用率。

同时，空闲时间差 / cpu时间差 就是空闲率。

function getCPUUsage(interval = 1000) {
    const startInfo = getCPUInfo();
    return new Promise(resolve => {
        setTimeout(() => {
            const endInfo = getCPUInfo();
            const idleDiff = startInfo.idle - endInfo.idle;
            const totalDiff = startInfo.total - endInfo.total;
            resolve(1 - Math.abs(idleDiff / totalDiff));
        }, interval);
    });
}

使用方式如下：

1	getCPUUsage().then(usage => console.log("cpu使用率：", usage));

理解和计算“内存使用率”

cpu 的指标有平均负载、cpu 使用率，内存的指标有内存使用率。

借助 nodejs 接口，实现非常简单：

1
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3

function getMemUsage() {
    return 1 - os.freemem() / os.totalmem();
}

常用指标

理解和计算“平均负载”

理解和计算“cpu 使用率”

理解和计算“内存使用率”

参考链接