Linux下CPU使用率详解

CPU使用率其实就是你运行的程序占用的CPU资源，表示你的机器在某个时间点的运行程序的情况。使用率越高，说明你的机器在这个时间上运行了很多程序，反之较少

Top命令是Linux下常用的系统性能分析工具，能实时查看系统中各个进程资源占用情况

top - 10:02:17 up 14 days, 19:18,  4 users,  load average: 2.11, 2.32, 2.14
Tasks: 251 total,   1 running, 247 sleeping,   3 stopped,   0 zombie
Cpu(s):  0.5%us,  0.8%sy,  0.4%ni, 98.1%id,  0.1%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
Mem:     23591M total,    23181M used,      409M free,      861M buffers
Swap:    12288M total,     1026M used,    11262M free,    16459M cached

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S   %CPU %MEM    TIME+  COMMAND                                                                                                                      
39494 i2kuser   20   0 15.5g 2.7g  12m S      6 11.8   1245:06 java                                                                                                                          
37462 i2kuser   20   0 1906m 753m  11m S      3  3.2 558:53.85 java                                                                                                                          
20073 root      17  -3  423m 154m  16m S      2  0.7 480:39.09 pmu.bin                                                                                                                       
 1459 root      39  19 12528 2036  592 S      1  0.0   6:06.54 get_os_statisti                                                                                                               
  855 root      39  19     0    0    0 S      0  0.0  65:07.89 kipmi0                                                                                                                        
21846 root      20   0  9072 1288  856 R      0  0.0   0:00.17 top                                                                                                                           
32669 oracle    20   0 11.8g  27m  24m S      0  0.1   3:47.58 oracle                                                                                                                        
32679 oracle    20   0 11.7g  62m  60m S      0  0.3  16:04.39 oracle                                                                                                                        
    1 root      20   0 10560  872  736 S      0  0.0   0:11.27 init                                                                                                                          
    2 root      20   0     0    0    0 S      0  0.0   0:00.18 kthreadd

查看CPU那一行，Cpu(s): 0.5%us, 0.8%sy, 0.4%ni, 98.1%id, 0.1%wa, 0.0%hi, 0.0%si, 0.0%st

Google上解释为：

us: is meaning of "user CPU time"
sy: is meaning of "system CPU time"
ni: is meaning of" nice CPU time"
id: is meaning of "idle"
wa: is meaning of "iowait"
hi：is meaning of "hardware irq" (servicing hardware interrupts)
si : is meaning of "software irq" (servicing software interrupts)
st : is meaning of "steal time" (time in involuntary wait by virtual cpu while hypervisor is servicing another processor)

　　中文解释为：

%us用户空间占用cpu百分比；
%sy内核空间占用cpu百分比；
%ni用户进程空间内改变过优先级的进程占用cpu百分比；
%id空闲cpu百分比，反映一个系统cpu的闲忙程度。越大越空闲；
%wa等待输入输出（I/O）的cpu百分比；
%hi指的是cpu处理硬件中断的时间；
%si值的是cpu处理软件中断的时间；
%st当 hypervisor 服务另一个虚拟处理器的时候，虚拟 CPU 等待实际 CPU 的时间的百分比

　　CPU使用率可以直接从TOP命令得出

在Linux的内核中，有一个全局变量：Jiffies。 Jiffies代表时间。它的单位随硬件平台的不同而不同。系统里定义了一个常数HZ，代表每秒种最小时间间隔的数目。这样jiffies的单位就是 1/HZ。Intel平台jiffies的单位是1/100秒，这就是系统所能分辨的最小时间间隔了。每个CPU时间片，Jiffies都要加1。 CPU的利用率就是用执行用户态+系统态的Jiffies除以总的Jifffies来表示。

在Linux系统中，CPU利用率的计算来源在/proc/stat文件，这个文件的头几行记录了每个CPU的用户态，系统态，空闲态等状态下的不同的Jiffies，常用的监控软件就是利用/proc/stat里面的这些数据来计算CPU的利用率的。

包含了所有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。

i2000:~ # cat /proc/stat
cpu  11772990 3685567 11586702 994389437 1502196 0 617801 0 0 0
cpu0 1925911 145536 1479330 123377541 944584 0 71441 0 0 0
cpu1 1493902 723778 1332508 123809933 398061 0 186171 0 0 0
cpu2 1218152 138174 1327108 125164685 28448 0 67759 0 0 0
cpu3 1408917 788649 1408734 124241479 31922 0 64644 0 0 0
cpu4 1347669 144848 1477635 124881583 38168 0 54423 0 0 0
cpu5 1318674 827204 1696224 124014206 24080 0 63939 0 0 0
cpu6 2189237 147904 1743240 123789739 16803 0 57403 0 0 0
cpu7 870526 769470 1121920 125110268 20126 0 52016 0 0 0
intr 6041226474 39 9 0 2 31344 0 2 0 356 0 0 29 130 0 879833 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 110214 0 94382684 987 0 83207017 751 0 120017596 99 0 23038227 0 1319554 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 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 11176275226
btime 1440513807
processes 83672461
procs_running 1
procs_blocked 0
softirq 5289823244 0 2558726670 741 402209688 239962 0 3821129 628773714 0 1696051340

　　参数解释
user (432661) 从系统启动开始累计到当前时刻，用户态的CPU时间（单位：jiffies），不包含 nice值为负进程。1jiffies=0.01秒
nice (13295) 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（单位：jiffies）
system (86656) 从系统启动开始累计到当前时刻，核心时间（单位：jiffies）
idle (422145968) 从系统启动开始累计到当前时刻，除硬盘IO等待时间以外其它等待时间（单位：jiffies）
iowait (171474) 从系统启动开始累计到当前时刻，硬盘IO等待时间（单位：jiffies），
irq (233) 从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断时间（单位：jiffies）
softirq (5346) 从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间（单位：jiffies）

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

“intr”这行给出中断的信息，第一个为自系统启动以来，发生的所有的中断的次数；然后每个数对应一个特定的中断自系统启动以来所发生的次数。
“ctxt”给出了自系统启动以来CPU发生的上下文交换的次数。
“btime”给出了从系统启动到现在为止的时间，单位为秒。
“processes (total_forks) 自系统启动以来所创建的任务的个数目。
“procs_running”：当前运行队列的任务的数目。
“procs_blocked”：当前被阻塞的任务的数目。

那么CPU利用率的计算方法：可以使用取两个采样点，计算其差值的办法。

(idle2-idle1)/cpu2-cpu1

shell脚本如下：

#!/bin/bash

CPU_1=$(sed -n '1p' /proc/stat | awk '{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}')
IDE_1=$(echo $CPU_1 | awk '{print $4}')
Total_1=$(echo $CPU_1 | awk '{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}')

echo "########################################"
echo "sleep 5 sec begin....."
sleep 5
echo "sleep 5 sec end......."


CPU_2=$(sed -n '1p' /proc/stat | awk '{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}')
IDE_2=$(echo $CPU_2 | awk '{print $4}')
Total_2=$(echo $CPU_2 | awk '{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}')

IDE=`expr $IDE_2 - $IDE_1`
Total=`expr $Total_2 - $Total_1`

tem_rate=`expr 1-$IDE/$Total | bc -l`
rate=`expr $tem_rate*100 | bc -l`
display_rate=`expr "scale=3; $rate/1" |bc`

#display
echo "The CPU useage rate is : $display_rate%"
echo " "
echo "Now use TOP command to caculate."
rate_top=$(top -n 1 | grep "Cpu" | awk '{print $5}' | cut -d "%" -f 1)
display_rate_top=`expr 100.000-$rate_top|bc -l` 
echo "The CPU useage rate is : $display_rate_top%"
echo "########################################"
exit 0

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