Linux 下查看 CPU 使用率

妖刀路过

一、什么是 CPU 使用率
Linux 作为一个多任务操作系统，将每个 CPU 的时间划分为很短的时间片，再通过调度器轮流分配给各个任务使用，因此造成多任务同时运行的错觉。

为了维护 CPU 时间， Linux 通过事先定义的节拍率(内核中表示为 HZ)，触发时间中断，并使用全局变量 Jiffies 记录了开机以来的节拍数。每发生一次时间中断，Jiffies 的值就加 1。节拍率 HZ 是内核的可配选项，可以设置为 100、250、1000 等。不同的系统可能设置不同数值。

Linux 通过 /proc 虚拟文件系统，向用户空间提供了系统内部状态的信息，而 /proc/stat 提供的就是系统的 CPU 和任务统计信息。比方说，如果你只关注 CPU 的话，可以执行下面的命令：



第一列表示的是 CPU 编号，如 cpu0、cpu1 ，而第一行没有编号的 cpu ，表示的是所有 CPU 的累加结果。其他列则表示不同场景下 CPU 的累加节拍数，它的单位是 USER_HZ，也就是 10 ms（1/100 秒），所以这其实就是不同场景下的 CPU 时间。下面，依次为各列的含义：

user（通常缩写为 us），代表用户态 CPU 时间。注意，它不包括下面的 nice时间，但包括了 guest 时间。
nice（通常缩写为 ni），代表低优先级用户态 CPU 时间，也就是进程的 nice 值被调整为 1-19 之间时的 CPU 时间。这里注意，nice 可取值范围是 -20 到 19，数值越大，优先级反而越低。
system（通常缩写为 sys），代表内核态 CPU 时间。
idle（通常缩写为 id），代表空闲时间。注意，它不包括等待 I/O 的时间（iowait）。
iowait（通常缩写为 wa），代表等待 I/O 的 CPU 时间。
irq（通常缩写为 hi），代表处理硬中断的 CPU 时间。
softirq（通常缩写为 si），代表处理软中断的 CPU 时间。
steal（通常缩写为 st），代表当系统运行在虚拟机中的时候，被其他虚拟机占用的 CPU 时间。
guest（通常缩写为 guest），代表通过虚拟化运行其他操作系统的时间，也就是运行虚拟机的 CPU 时间。
guest_nice（通常缩写为 gnice），代表以低优先级运行虚拟机的时间。
而我们通常所说的 CPU 使用率，就是除了空闲时间外的其他时间占总 CPU 时间的百分比，用公式来表示就是：

C P U 使用率 = 1 − 空闲时间 总 C P U 时间 CPU 使用率 = 1 - \frac{空闲时间}{总 CPU时间}
CPU使用率=1−
总CPU时间
空闲时间
​


但直接用 /proc/stat 的数据这是开机以来的节拍数累加值，所以直接算出来的，是开机以来的平均 CPU 使用率，一般没有什么参考价值。

事实上，为了计算 CPU 使用率，性能工具一般都会取间隔一段时间（比如 1 秒）的两次值，作差后，再计算出这段时间内的平均 CPU 使用率，即：

平均 C P U 使用率 = 1 − 空闲时 间 n e w − 空闲时 间 o l d 总 C P U 时 间 n e w − 总 C P U 时 间 o l d 平均 CPU 使用率 = 1 - \frac{空闲时间_{new} - 空闲时间_{old}}{总 CPU时间_{new} - 总 CPU时间_{old}}
平均CPU使用率=1−
总CPU时间
new
​
−总CPU时间
old
​

空闲时间
new
​
−空闲时间
old
​

​


跟系统的指标类似，Linux 也给每个进程提供了运行情况的统计信息，也就是 /proc/[pid]/stat。不过，这个文件包含的数据就比较丰富了，总共有 52 列的数据，这里不再赘述。