📚 课程目录第2章 PSI数据采集原理

2、PSI数据采集原理：Linux内核PSI接口、/proc/pressure/目录结构、CPU/内存/IO的PSI文件解读

PSI（Pressure Stall Information）是 Linux 内核 4.20 版本引入的资源压力统计机制，用于量化 CPU、内存和 IO 资源因竞争导致的任务延迟比例。理解 PSI 的数据采集原理，是合理设定告警阈值的前提。

2.1 Linux 内核 PSI 接口

PSI 由内核调度器在每次任务状态切换时采样，统计任务因等待资源而停滞的时间。内核通过 /proc/pressure/ 伪文件系统暴露这些指标，用户态工具（如 cat、监控 Agent）可直接读取。

  关键机制：PSI 不依赖外部探测器，而是内核在调度路径上插入的轻量级统计点，开销极低（< 1% CPU），适合生产环境持续采集。

2.2 /proc/pressure/ 目录结构

该目录包含三个文件，分别对应三种资源类型：

文件路径	资源类型	统计维度	典型场景
`/proc/pressure/cpu`	CPU	任务等待 CPU 运行的时间占比	CPU 密集型服务、高并发线程池
`/proc/pressure/memory`	内存	任务等待回收页或分配内存的时间占比	内存超卖、OOM 边缘、大页分配
`/proc/pressure/io`	IO	任务等待块设备或文件系统 IO 完成的时间占比	磁盘高延迟、日志落盘、数据库 WAL 写入

采集建议：监控 Agent 应每 5–10 秒读取一次这三个文件，避免高频读取增加内核锁竞争。推荐使用 prometheus/node_exporter 或自研采集器，解析 some 和 full 两行数据。

2.3 CPU / 内存 / IO 的 PSI 文件解读

每个 PSI 文件内容格式相同，包含两行统计：some 和 full。下面以 /proc/pressure/cpu 为例：

# cat /proc/pressure/cpu
some avg10=0.12 avg60=0.08 avg300=0.05 total=1234567890
full avg10=0.05 avg60=0.03 avg300=0.02 total=987654321

字段含义

字段	含义	单位	用途
`some`	至少有一个任务因资源不足而停滞的时间占比	百分比（0–100）	检测资源是否存在竞争
`full`	所有非空闲任务都因资源不足而停滞的时间占比	百分比（0–100）	检测资源是否严重过载
`avg10`	最近 10 秒的滑动平均压力值	百分比	短时告警（秒级抖动）
`avg60`	最近 60 秒的滑动平均压力值	百分比	中时告警（分钟级趋势）
`avg300`	最近 300 秒的滑动平均压力值	百分比	长时基线（小时级负载）
`total`	自系统启动以来的累计压力微秒数	微秒（μs）	计算增量速率，用于长期趋势分析

常见误解：PSI 的 avg10 不是瞬时值，而是指数加权滑动平均（EWMA），对突发抖动有平滑效果。告警阈值应基于 avg60 或 avg300 设定，避免被短时毛刺误触发。

2.4 三种资源的 PSI 差异对比

CPU、内存、IO 的 PSI 统计行为存在本质差异，直接影响阈值设定策略：

资源	some 典型含义	full 典型含义	内核统计触发点	告警敏感度
CPU	部分线程等待 CPU 时间片	所有可运行线程都在等待 CPU	调度器 `pick_next_task` 路径	中（受 CFS 调度影响）
内存	部分进程因缺页或回收阻塞	所有进程因内存不足阻塞	页面分配器 `__alloc_pages_slowpath`	高（内存抖动时飙升快）
IO	部分进程等待块设备 IO	所有进程因 IO 阻塞	块层 `submit_bio` 完成回调	高（磁盘故障时瞬间拉满）

2.5 PSI 数据采集流程（SVG 架构图）

下图展示了从内核统计点到用户态监控系统的完整数据流：

2.6 PSI 数据采集与阈值设定的关系

理解采集原理后，可总结出以下阈值设定原则：

CPU PSI：关注 some avg60，阈值建议 5–10%。CPU 的 full 通常较低，除非发生硬锁或调度饥饿。
内存 PSI：关注 full avg60，阈值建议 1–3%。内存 full 飙升往往预示 OOM 风险，需立即响应。
IO PSI：关注 some avg60 和 full avg60，阈值建议 5–10%。IO 压力具有突发性，建议结合 avg300 做基线对比。
total 增量：计算 total 字段的每秒增量（μs/s），可发现缓慢累积的资源压力，适合做预测性告警。

  最佳实践：在采集层对 total 做差值计算，得到每秒压力微秒数（pressure_rate），再转换为百分比。例如：pressure_rate = (total_now - total_prev) / (采集间隔秒数 * 1000000) * 100。此指标比 avg10 更灵敏，适合早期预警。