CPU负载（cpu load）指的是某个时间点进程对系统产生的压力。来张图来类比下（参考Understanding Linux CPU Load）
在实际系统中查看：
计算CPU负载，可以让调度器更好的进行负载均衡处理，以便提高系统的运行效率。此外，内核中的其他子系统也可以参考这些CPU负载值来进行相应的调整，比如DVFS等。
目前内核中，有以下几种方式来跟踪CPU负载：
这也是本文需要探讨的内容，开始吧。
先来明确两个与CPU负载计算相关的概念：
Linux内核中定义了三个全局变量值avenrun[3]，用于存放最近1/5/15分钟的平均CPU负载。
看一下计算流程：
Linux内核中，采用11位精度的定点化计算，CPU负载1.0由整数2048表示，宏定义如下：
#define FSHIFT 11 /* nr of bits of precision */
#define FIXED_1 (1<<FSHIFT) /* 1.0 as fixed-point */
#define LOAD_FREQ (5*HZ+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) */计算公式如下：
关键代码如下：
active = atomic_long_read(&calc_load_tasks);
active = active > 0 ? active * FIXED_1 : 0;
avenrun[0] = calc_load(avenrun[0], EXP_1, active);
avenrun[1] = calc_load(avenrun[1], EXP_5, active);
avenrun[2] = calc_load(avenrun[2], EXP_15, active);计算示例 假设在某个CPU上，开始计算时load=0.5，根据calc_load_tasks值获取不同的active，中间进入NO_HZ模式空闲了20秒，整个计算的值如下图：
下图显示了计算运行队列的CPU负载的处理流程：
最终通过cpu_load_update来计算，逻辑如下：
上图中的衰减因子，是在NO_HZ模式下去进行计算的。在没有使用tick时，从预先计算的表中计算负载值。Linux内核中定义了两个全局变量：
#define DEGRADE_SHIFT 7
static const u8 degrade_zero_ticks[CPU_LOAD_IDX_MAX] = {0, 8, 32, 64, 128};
static const u8 degrade_factor[CPU_LOAD_IDX_MAX][DEGRADE_SHIFT + 1] = {
{ 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
{ 64, 32, 8, 0, 0, 0, 0, 0 },
{ 96, 72, 40, 12, 1, 0, 0, 0 },
{ 112, 98, 75, 43, 15, 1, 0, 0 },
{ 120, 112, 98, 76, 45, 16, 2, 0 }
};衰减因子的计算主要是在delay_load_missed()函数中完成，该函数会返回load * 衰减因子的值，作为上图中的old_load。计算方式如下：
PELT, Per-entity load tracking。在Linux引入PELT之前，CFS调度器在计算CPU负载时，通过跟踪每个运行队列上的负载来计算；在引入PELT之后，通过跟踪每个调度实体的负载贡献来计算。（其中，调度实体：指task或task_group）
总体的计算思路：将调度实体的可运行状态时间（正在运行+等待CPU调度运行），按1024us划分成不同的周期，计算每个周期内该调度实体对系统负载的贡献，最后完成累加。其中，每个计算周期，随着时间的推移，需要乘以衰减因子y进行一次衰减操作。
先来看一下每个调度实体的负载贡献计算公式：
计算的调用流程如下图：
static const u32 runnable_avg_yN_inv[] = {
0xffffffff, 0xfa83b2da, 0xf5257d14, 0xefe4b99a, 0xeac0c6e6, 0xe5b906e6,
0xe0ccdeeb, 0xdbfbb796, 0xd744fcc9, 0xd2a81d91, 0xce248c14, 0xc9b9bd85,
0xc5672a10, 0xc12c4cc9, 0xbd08a39e, 0xb8fbaf46, 0xb504f333, 0xb123f581,
0xad583ee9, 0xa9a15ab4, 0xa5fed6a9, 0xa2704302, 0x9ef5325f, 0x9b8d39b9,
0x9837f050, 0x94f4efa8, 0x91c3d373, 0x8ea4398a, 0x8b95c1e3, 0x88980e80,
0x85aac367, 0x82cd8698,
};Linux中使用struct sched_avg来记录调度实体和CFS运行队列的负载信息，因此struct sched_entity和struct cfs_rq结构体中，都包含了struct sched_avg，字段介绍如下：
struct sched_avg {
u64 last_update_time; //上一次负载更新的时间，主要用于计算时间差；
u64 load_sum; //可运行时间带来的负载贡献总和，包括等待调度时间和正在运行时间；
u32 util_sum; //正在运行时间带来的负载贡献总和；
u32 period_contrib; //上一次负载更新时，对1024求余的值；
unsigned long load_avg; //可运行时间的平均负载贡献；
unsigned long util_avg; //正在运行时间的平均负载贡献；
};PELT计算的发生时机如下图所示：
