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计算 Linux CPU 利用率

July 15, 2020 • Read: 103 • Vps&Linux

在 Linux 系统中的 /proc/stat 文件中存储了CPU 活动的信息,该文件中的所有值都是从系统启动开始累计到当前时刻。不同内核版本中该文件的格式可能不大一致,以下通过实例来说明数据该文件中各字段的含义。

$ cat /proc/stat 
cpu  1594121 406 1239990 396233700 162305 0 3641 0 0 0
cpu0 761327 194 604191 198151599 83873 0 1789 0 0 0
cpu1 832793 211 635798 198082101 78432 0 1852 0 0 0
intr 985115307 38 10 0 0 58 0 3 0 0 0 0 36 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2473171 42 0 862348 0 57 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 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 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
ctxt 1896726060
btime 1592793001
processes 63407
procs_running 1
procs_blocked 0
softirq 191297272 3 90057502 70 10686595 0 0 34 51485476 0 39067592

第一行的数值表示的是CPU总的使用情况,所以我们只要用第一行的数字计算就可以了。下表解析第一行各数值的含义:

参数解析(单位:jiffies)当前值
name设备名。cpu
user从系统启动开始累计到当前时刻,处于用户态的运行时间,不包含 nice值为负进程。1594121
nice从系统启动开始累计到当前时刻,nice值为负的进程所占用的CPU时间。406
system从系统启动开始累计到当前时刻,处于核心态的运行时间。1239990
idle从系统启动开始累计到当前时刻,除IO等待时间以外的其它等待时间。396233700
iowait从系统启动开始累计到当前时刻,IO等待时间。162305
irq从系统启动开始累计到当前时刻,硬中断时间。0
softirq从系统启动开始累计到当前时刻,软中断时间。3641
stealstolen从系统启动开始累积到当前时刻,在虚拟环境运行时花费在其他操作系统的时间。0
guest从系统启动开始累积到当前时刻,在Linux内核控制下的操作系统虚拟cpu花费的时间。0
guest_nice从系统启动开始累积到当前时刻,在Linux内核控制下的操作系统虚拟cpu花费在nice进程上的时间。0

注:jiffies是内核中的一个全局变量,用来记录自系统启动一来产生的节拍数,在 linux 中,一个节拍大致可理解为操作系统进程调度的最小时间片,不同 linux 内核可能值有不同,通常在 1ms 到 10ms 之间


totalCpuTime  = user  + nice + system + idle + iowait + irq + softirq + stealstolen + guest + guest_nice 
cpu使用率计算:

  1. 请在一段时间内(推荐:必须大于0s,小于等于1s),获取两次cpu时间分配信息。
  2. 计算两次的cpu总时间:total_2 - total_1
  3. 计算两次的cpu剩余时间:idle_2 - idle_1
  4. 计算两次的cpu使用时间:used = (total_2 - total_1) - (idle_2 - idle_1)
  5. cpu使用率 = 使用时间 / 总时间 100% = used / total 100%
us: User time       -> %us = (User + Nice) / totalCpuTime * 100%
sy: System time     -> %sy = (System + Hard Irq + SoftIRQ) / totalCpuTime
ni: Nick time       -> %ni = (Nice) / totalCpuTime * 100%
id: Idle time       -> %id = (Idle) / totalCpuTime * 100%
wa: Waiting time    -> %wa = (Waiting) / totalCputTime * 100%
hi: Hard Irq time   -> %hi = (Hard Irq) / totalCpuTime * 100%
si: SoftIrq time    -> %si = (SoftRQ) / totalCpuTime * 100%
st: Steal time      -> %st = (Steal) / totalCputTime * 100%

程序实现(C)

首先定义一个结构体存放获取到的信息:

struct CPU_INFO
{
    char name[10];
    unsigned int user;
    unsigned int nice;
    unsigned int system;
    unsigned int idle;
    unsigned int iowait;
    unsigned int irq;
    unsigned int softirq;
    unsigned int stealstolen;
    unsigned int guest;
    unsigned int guest_nice;
};

定义两个函数用于获取信息和计算:

void  get_occupy (Cpu_info *o)
{
    FILE *fd;
    char buff[MAXBUFSIZE];
    fd = fopen ("/proc/stat", "r"); //这里只读取stat文件的第一行及cpu总信息,如需获取每核cpu的使用情况,请分析stat文件的接下来几行。
    fgets (buff, sizeof(buff), fd);
    // printf("get thr cpu info: %s", buff);
    sscanf (buff, "%s  %u %u %u %u %u %u %u %u %u %u", o->name, &o->user, &o->nice, &o->system, &o->idle, &o->iowait, &o->irq, &o->softirq, &o->stealstolen, &o->guest, &o->guest_nice);
    // printf("name=%s, user=%d, nice=%d, system=%d, idle=%d, iowait=%d, irq=%d, softirq=%d, stralstolen=%d, guest=%d, guest_nice=%d\n", o->name, o->user, o->nice, o->system, o->idle, o->iowait, o->irq, o->softirq, o->stealstolen, o->guest, o->guest_nice);
    fclose(fd);
}

float  cal_occupy (Cpu_info *o, Cpu_info *n)
{
    int ototal, ntotal;
    int oused, nused;

    ototal = (o->user + o->nice + o->system + o->idle + o->iowait + o-> irq + o-> softirq + o->stealstolen + o->guest + o->guest_nice);
    ntotal = (n->user + n->nice + n->system + n->idle + n->iowait + n-> irq + n-> softirq + n->stealstolen + n->guest + n->guest_nice);

    oused = ototal - o->idle;
    nused = ntotal - n->idle;

    // printf("ototal time: %d\n", ototal);
    // printf("ntotal time: %d\n", ntotal);

    // printf("oused time: %d\n", oused);
    // printf("nused time: %d\n", nused);

    return (100.0 * (nused - oused) / (ntotal - ototal));
}

最后主程序调用即可:

Cpu_info ocpu,ncpu;
    printf("Start the new thread to monitor key system values.\n");
    while(1)
    {
        //获取cpu使用率
        get_occupy(&ocpu);
        sleep(1);
        get_occupy(&ncpu);
        printf("CPU Usage(%): %8.4f\n", cal_occupy(&ocpu, &ncpu));
    }

参考文献

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2 Comments
  1. 写的不错

    1. @淘花感谢评论!