Linux下的CPU利用率計算原理詳解

我們在搞效能測試的時候，對後台伺服器的CPU利用率監控是一個常用的手段。伺服器的CPU利用率高，則表明伺服器很繁忙。如果前台回應時間越來越大，而後台CPU利用率始終上不去，說明在某個地方有瓶頸了，系統需要調優。這個是即使不懂技術的人都容易理解的事情。

上面理解對嗎？我個人覺得不十分準確。這個要看後台你測試的進程是什麼類型的。如果是計算密集型的進程，當前端壓力越來越大的時候，很容易把CPU利用率打上去。但是如果是I/O網路密集型的進程，即使用戶端的請求越來越多，但是伺服器CPU不一定能上去，這個是你要測試的進程的自然屬性決定的。比較常見的就是，大檔案頻繁讀寫的cpu開銷遠小於小檔案頻繁讀寫的開銷。因為在I/O輸送量一定時，小檔案的讀寫更加頻繁，需要更多的cpu來處理I/O的中斷。

在Linux/Unix下，CPU利用率分為使用者態，系統態和空閑態，分別表示CPU處於使用者態執行的時間，系統核心執行的時間，和空閑系統進程執行的時間。平時所說的CPU利用率是指：CPU執行非系統空閑進程的時間 / CPU總的執行時間。

在Linux的核心中，有一個全域變數：Jiffies。 Jiffies代表時間。它的單位隨硬體平台的不同而不同。系統裡定義了一個常數HZ，代表每秒種最小時間間隔的數目。這樣jiffies的單位就是1/HZ。Intel平台jiffies的單位是1/100秒，這就是系統所能分辨的最小時間間隔了。每個CPU時間片，Jiffies都要加1。 CPU的利用率就是用執行使用者態+系統態的Jiffies除以總的Jifffies來表示。

在Linux系統中，可以用/proc/stat檔案來計算cpu的利用率(詳細的解釋可參考：http://www.linuxhowtos.org/System/procstat.htm)。這個檔案包含了所有CPU活動的資訊，該檔案中的所有值都是從系統啟動開始累計到當前時刻。

如：

 

  
[sailorhzr@builder ~]$ cat /proc/stat  
  
cpu 432661 13295 86656 422145968 171474 233 5346 
  
cpu0 123075 2462 23494 105543694 16586 0 4615 
  
cpu1 111917 4124 23858 105503820 69697 123 371 
  
cpu2 103164 3554 21530 105521167 64032 106 334 
  
cpu3 94504 3153 17772 105577285 21158 4 24 
  
intr 1065711094 1057275779 92 0 6 6 0 4 0 3527 0 0 0 70 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7376958 0 0 0 0 0 0 0 1054602 0 0 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
  
ctxt 19067887 
  
btime 1139187531 
  
processes 270014 
  
procs_running 1 
  
procs_blocked 0   
  
 
 

輸出解釋

CPU 以及CPU0、CPU1、CPU2、CPU3每行的每個參數意思（以第一行為例）為：

參數	解釋
user (432661) nice (13295) system (86656) idle (422145968) iowait (171474) irq (233) softirq (5346)	從系統啟動開始累計到當前時刻，使用者態的CPU時間（單位：jiffies） ，不包含 nice值為負進程。1jiffies=0.01秒 從系統啟動開始累計到當前時刻，nice值為負的進程所佔用的CPU時間（單位：jiffies） 從系統啟動開始累計到當前時刻，核心時間（單位：jiffies） 從系統啟動開始累計到當前時刻，除硬碟IO等待時間以外其它等待時間（單位：jiffies） 從系統啟動開始累計到當前時刻，硬碟IO等待時間（單位：jiffies） ， 從系統啟動開始累計到當前時刻，硬停機時間（單位：jiffies） 從系統啟動開始累計到當前時刻，非強制中斷時間（單位：jiffies）

CPU時間=user+system+nice+idle+iowait+irq+softirq

“intr”這行給出中斷的資訊，第一個為自系統啟動以來，發生的所有的中斷的次數；然後每個數對應一個特定的中斷自系統啟動以來所發生的次數。

“ctxt”給出了自系統啟動以來CPU發生的上下文交換的次數。

“btime”給出了從系統啟動到現在為止的時間，單位為秒。

“processes (total_forks) 自系統啟動以來所建立的任務的個數目。

“procs_running”：當前運行隊列的任務的數目。

“procs_blocked”：當前被阻塞的任務的數目。

那麼CPU利用率可以使用以下兩個方法。先取兩個採樣點，然後計算其差值：

 

  
cpu usage=(idle2-idle1)/(cpu2-cpu1)*100 
  
cpu usage=[(user_2 +sys_2+nice_2) - (user_1 + sys_1+nice_1)]/(total_2 - total_1)*100 
  
 
 

以下用分別用bash和perl做的一個cpu利用率的計算：

本人注:以下代碼則採用公式為:

 

  
total_0USER[0]+NICE[0]+SYSTEM[0]+IDLE[0]+IOWAIT[0]+IRQ[0]+SOFTIRQ[0]  
  
total_1=USER[1]+NICE[1]+SYSTEM[1]+IDLE[1]+IOWAIT[1]+IRQ[1]+SOFTIRQ[1]  
  
cpu usage=(IDLE[0]-IDLE[1]) / (total_0-total_1) * 100 
  
 
 

###bash 代碼

 

  
CODE:#!/bin/sh  
  
 
  
##echo user nice system idle iowait irq softirq  
  
CPULOG_1=$(cat /proc/stat | grep 'cpu ' | awk '{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}')  
  
SYS_IDLE_1=$(echo $CPULOG_1 | awk '{print $4}')  
  
Total_1=$(echo $CPULOG_1 | awk '{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}')  
  
 
  
sleep 5  
  
 
  
CPULOG_2=$(cat /proc/stat | grep 'cpu ' | awk '{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}')  
  
SYS_IDLE_2=$(echo $CPULOG_2 | awk '{print $4}')  
  
Total_2=$(echo $CPULOG_2 | awk '{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}')  
  
 
  
SYS_IDLE=`expr $SYS_IDLE_2 - $SYS_IDLE_1`  
  
 
  
Total=`expr $Total_2 - $Total_1`  
  
SYS_USAGE=`expr $SYS_IDLE/$Total*100 |bc -l`  
  
 
  
SYS_Rate=`expr 100-$SYS_USAGE |bc -l`  
  
 
  
Disp_SYS_Rate=`expr "scale=3; $SYS_Rate/1" |bc`  
  
echo $Disp_SYS_Rate%  
  
 
  
   
 

###perl 代碼

 

  
#!/usr/bin/perl  
  
 
  
use warnings;  
  
 
  
$SLEEPTIME=5;  
  
 
  
if (-e "/tmp/stat") {  
  
unlink "/tmp/stat";  
  
}  
  
open (JIFF_TMP, ">>/tmp/stat") || die "Can't open /proc/stat file!\n";  
  
open (JIFF, "/proc/stat") || die "Can't open /proc/stat file!\n";  
  
@jiff_0=<JIFF>;  
  
print JIFF_TMP $jiff_0[0] ;  
  
close (JIFF);  
  
 
  
sleep $SLEEPTIME;  
  
 
  
open (JIFF, "/proc/stat") || die "Can't open /proc/stat file!\n";  
  
@jiff_1=<JIFF>;  
  
print JIFF_TMP $jiff_1[0];  
  
close (JIFF);  
  
close (JIFF_TMP);  
  
 
  
@USER=`awk '{print \$2}' "/tmp/stat"`;  
  
@NICE=`awk '{print \$3}' "/tmp/stat"`;  
  
@SYSTEM=`awk '{print \$4}' "/tmp/stat"`;  
  
@IDLE=`awk '{print \$5}' "/tmp/stat"`;  
  
@IOWAIT=`awk '{print \$6}' "/tmp/stat"`;  
  
@IRQ=`awk '{print \$7}' "/tmp/stat"`;  
  
@SOFTIRQ=`awk '{print \$8}' "/tmp/stat"`;  
  
 
  
$JIFF_0=$USER[0]+$NICE[0]+$SYSTEM[0]+$IDLE[0]+$IOWAIT[0]+$IRQ[0]+$SOFTIRQ[0];  
  
$JIFF_1=$USER[1]+$NICE[1]+$SYSTEM[1]+$IDLE[1]+$IOWAIT[1]+$IRQ[1]+$SOFTIRQ[1];  
  
 
  
$SYS_IDLE=($IDLE[0]-$IDLE[1]) / ($JIFF_0-$JIFF_1) * 100;  
  
$SYS_USAGE=100 - $SYS_IDLE;  
  
 
  
printf ("The CPU usage is %1.2f%%\n",$SYS_USAGE);   
  
   
 

轉自：http://server.51cto.com/sCollege-188250.htm