Linux統計進程的CPU利用率命令詳解

1.0 概述
在Linux的/proc檔案系統，可以看到自啟動時候開始，所有CPU消耗的時間片；對於個進程，也可以看到進程消耗的時間片。這是一個累計值，可以"非阻塞"的輸出。獲得一定時間間隔的兩次統計就可以計算出這段時間內的進程CPU利用率。

所以，是否存在一種簡單的，非阻塞的方式獲得進程的CPU利用率? 答案是：“沒有”。這裡給出來一個有趣的比喻："這就像有人給你一張照片，要你回答照片中車子的速度一樣"

1.1 /proc/stat 統計總CPU消耗
這個概念在計算中並不重要，但是瞭解一下還是有益的。在/proc/[pid/]stat中我們可以看到系統統計的CPU時間消耗，這裡都統一使用1/USER_HZ為一個時間片(man proc)，多數情況下USER_HZ都是取值100，所以這裡的一個時間片就是10ms。可以通過系統調用sysconf(_SC_CLK_TCK)來獲得準確USER_HZ的取值。

例如:

代碼如下	複製代碼
# cat /proc/stat|grep "cpu " cpu  77918485 720414 61184026 19052884316 12152363 1386 1476742 0 0

每一列對應的CPU消耗含義是(man proc)：使用者態(user)、低優先順序使用者態(nice)、系統(sys)、閑置、IOWAIT(核心2.5.41+)、中斷(since 2.6.0+)、軟終端(since 2.6.0+)、steal(虛擬環境中其他OS消耗2.6.11+)、guest(為訪客OS運行虛擬CPU消耗2.6.24)

對應如下：

代碼如下	複製代碼
# cat /proc/stat|grep "cpu "      |usr      |nice   |sys      |idle        |iowait   |irq   |softirq |steal  |guest cpu  |77918485 |720414 |61184026 |19052884316 |12152363 |1386  |1476742 |0      |0

所以，計算CPU總消耗可以使用如下shell命令：

代碼如下	複製代碼
cat /proc/stat|grep "cpu "|awk '{for(i=2;i<=NF;i++)j+=$i;print "cpu_total_slice " j;}' cpu_total_slice 19208187744

很多地方看到都只是統計前面四列或者五列，這是不完整的；不過，因為通常前四、五列是CPU的主要消耗，所以這樣如此計算也通常是準確的。例如，上例中，前面五列的消耗是CPU消耗的99.99%。

(tips：這裡的時間片和CPU時鐘中斷的jiffy不是一個概念，一個是核心態的，一個使用者態的)

1.2 進程消耗的CPU時間片
在proc檔案系統中，可以通過/proc/[pid]/stat獲得進程消耗的時間片，輸出的第14、15、16、17列分別對應進程使用者態CPU消耗、核心態的消耗、使用者態等待子進程的消耗、核心態等待子進程的消耗(man proc)。所以進程的CPU消耗可以使用如下命令：

代碼如下	複製代碼
cat /proc/9583/stat|awk '{print "cpu_process_total_slice " $14+$15+$16+$17}' cpu_process_total_slice 1068099tips

：從這裡可以看到，Linux並沒有進程層級的iowait統計，如果想知道系統的iowait是哪個進程導致，則還需要一些其他的工具輔助。

1.3 "非阻塞"的計算進程CPU利用率
從這裡也看到，是沒有某個時刻CPU利用率的說法的，也就沒法獲得某個時刻的CPU利用率。這就像物理中的"速度"的概念，沒有某一時刻速度的概念，速度一定是一個時間段之內的。那麼要"非阻塞"計算某個進程CPU利用率，則需要取兩次事件間隔進行計算，這兩次事件間隔的操作可以是非阻塞的。計算辦法如下：

* 時刻A，計算作業系統總CPU時間片消耗total_cpu_slice_A；計算進程總CPU時間片消耗；total_process_slice_A
* 時刻B，計算作業系統總CPU時間片消耗total_cpu_slice_B；計算進程總CPU時間片消耗；total_process_slice_BB時刻就可以"非阻塞"的計算這段時間進程的CPU利用率了：

代碼如下	複製代碼
100%*(total_process_slice_B-total_process_slice_A)/(total_cpu_slice_B-total_cpu_slice_A)

1.4 ps命令顯示的CPU利用率是什麼意思

代碼如下	複製代碼
man ps ......        CPU usage is currently expressed as the percentage of time spent running during the entire lifetime of a process. This is        not ideal, and it does not conform to the standards that ps otherwise conforms to. CPU usage is unlikely to add up to        exactly 100%. ......

可以看到，ps命令%CPU顯示的是進程自啟動時刻起，直至當前的總平均CPU利用率。