计算 Linux CPU 利用率

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：

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。
计算两次的cpu总时间：total2 - total1
计算两次的cpu剩余时间：idle2 - idle1
计算两次的cpu使用时间：used = (total2 - total1) - (idle2 - idle1)
cpu使用率 = 使用时间 / 总时间 100% = used / total 100% bash 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： c 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： ```c void getoccupy (Cpuinfo 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->guestnice); // printf("name=%s, user=%d, nice=%d, system=%d, idle=%d, iowait=%d, irq=%d, softirq=%d, stralstolen=%d, guest=%d, guestnice=%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 caloccupy (Cpuinfo 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：

c 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));
}

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## 参考文献

- [LINUX CPU利用率计算](https://blog.csdn.net/turkeyzhou/article/details/6709953)
- [Linux_CPU_Usage_Analysis.pdf](https://www.yuque.com/attachments/yuque/0/2020/pdf/376635/1594805660806-b531c61d-f10c-4b6b-86c2-021e7532c4b9.pdf?_lake_card=%7B%22uid%22%3A%221594805660617-0%22%2C%22src%22%3A%22https%3A%2F%2Fwww.yuque.com%2Fattachments%2Fyuque%2F0%2F2020%2Fpdf%2F376635%2F1594805660806-b531c61d-f10c-4b6b-86c2-021e7532c4b9.pdf%22%2C%22name%22%3A%22Linux_CPU_Usage_Analysis.pdf%22%2C%22size%22%3A239710%2C%22type%22%3A%22application%2Fpdf%22%2C%22ext%22%3A%22pdf%22%2C%22progress%22%3A%7B%22percent%22%3A99%7D%2C%22status%22%3A%22done%22%2C%22percent%22%3A0%2C%22id%22%3A%22lw671%22%2C%22card%22%3A%22file%22%7D)
- [Linux CPU、内存、磁盘、使用率计算](https://www.jianshu.com/p/541d8efcbb78)

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