PSI漂移告警阈值设定实战教程 - 第2节

PSI 数据采集原理：内核如何计算 PSI

PSI（Pressure Stall Information）是 Linux 内核 4.20 版本引入的资源压力指标，用于量化 CPU、内存和 IO 资源不足对任务执行造成的延迟。理解 PSI 的内核采集原理，是正确设定告警阈值的前提。

内核计算 PSI 的核心机制

PSI 的计算基于 任务状态跟踪 和 时间累积 两个核心环节。内核调度器在每次任务状态切换时，记录任务因等待资源而停滞的时间，并按时间窗口聚合为百分比压力值。

PSI 的三种资源维度与任务状态

内核为 CPU、内存、IO 三种资源分别维护独立的压力跟踪器。每个跟踪器关注两类任务状态：

每个跟踪器内部维护两个关键计数器：

• total 计数器：自系统启动以来，任务处于“停滞”状态的总微秒数。
• 时间窗口滑动平均：基于最近 10 秒、60 秒、300 秒三个窗口的加权平均压力百分比。

PSI 时间窗口机制

内核使用 指数加权移动平均（EWMA） 算法计算三个时间窗口的压力值。每个窗口的衰减因子不同，使得短窗口对瞬时尖峰更敏感，长窗口反映长期趋势。

/proc/pressure 目录详解

内核通过 /proc/pressure 伪文件系统向用户空间暴露 PSI 数据。该目录下包含三个文件，分别对应 CPU、内存、IO 的压力指标。

文件结构与字段说明

每个文件的内容格式统一，以 /proc/pressure/cpu 为例：

some avg10=0.00 avg60=0.00 avg300=0.00 total=0

三个压力文件的差异对比

some 与 full 的语义差异

理解 some 和 full 的区别，对于设定告警阈值至关重要：

• some：至少一个任务因资源不足而停滞。表示资源存在竞争，但系统仍能部分推进工作。
• full：所有非空闲任务都因资源不足而停滞。表示资源严重短缺，系统整体吞吐量大幅下降。

PSI 时间窗口机制深入

内核的 EWMA 算法使得 PSI 值既能快速响应突发压力，又能平滑短期波动。理解窗口的衰减特性，有助于选择合适的窗口进行漂移检测。

EWMA 衰减因子与窗口长度

每个时间窗口对应一个固定的衰减因子 α，计算公式为：

α = 1 - exp(-Δt / window_length)

其中：
- Δt 为采样间隔（通常为内核调度 tick，约 4ms）
- window_length 为窗口长度（10s / 60s / 300s）

窗口选择与漂移检测的关系

在 PSI 漂移告警场景中，不同窗口承担不同角色：

• avg10：用于检测瞬时压力尖峰，适合设置紧急告警（如 > 70% 持续 10 秒）。
• avg60：漂移检测的主窗口。连续多个采样周期内 avg60 的缓慢上升，是资源瓶颈恶化的典型信号。
• avg300：用于基线对比和容量规划。当 avg300 趋势线开始向上偏离历史基线时，表明系统正在进入新的压力常态。

PSI 数据采集的注意事项

• 内核版本要求：PSI 功能需要 Linux 内核 4.20+，且编译时需开启 CONFIG_PSI=y。可通过 cat /boot/config-$(uname -r) | grep CONFIG_PSI 确认。
• 读取开销：读取 /proc/pressure/* 文件是 O(1) 操作，不会产生额外内核开销，适合高频采集（如 1 秒一次）。
• total 字段的用途：total 是单调递增的微秒计数器，可用于计算两个时间点之间的平均压力，公式为 (total2 - total1) / (time2 - time1) / 1000000 * 100。
• cgroup v2 支持：PSI 同样支持 cgroup v2 层级，可在 /sys/fs/cgroup/<cgroup_path>/cpu.pressure 等路径下获取容器级别的压力数据。