登山之道

在Linux下，CPU利用率分為用戶態(tài)，系統(tǒng)態(tài)和空閑態(tài)，分別表示CPU處于用戶態(tài)執(zhí)行的時間，系統(tǒng)內(nèi)核執(zhí)行的時間，和空閑系統(tǒng)進(jìn)程執(zhí)行的時間，三者之和就是CPU的總時間，當(dāng)沒有用戶進(jìn)程、系統(tǒng)進(jìn)程等需要執(zhí)行的時候，CPU就執(zhí)行系統(tǒng)缺省的空閑進(jìn)程。從平常的思維方式理解的話，CPU的利用率就是非空閑進(jìn)程占用時間的比例，即CPU執(zhí)行非空閑進(jìn)程的時間 / CPU總的執(zhí)行時間。

在Linux系統(tǒng)中，CPU時間的分配信息保存在/proc/stat文件中，利用率的計算應(yīng)該從這個文件中獲取數(shù)據(jù)。文件的頭幾行記錄了每個CPU的用戶態(tài)，系統(tǒng)態(tài)，空閑態(tài)等狀態(tài)下分配的時間片（單位是Jiffies），這些數(shù)據(jù)是從CPU加電到當(dāng)前的累計值。常用的監(jiān)控軟件就是利用/proc/stat里面的這些數(shù)據(jù)來計算CPU的利用率的。

不同版本的linux /proc/stat文件內(nèi)容不一樣，以Linux 2.6來說，/proc/stat文件的內(nèi)容如下：

cpu 2032004 102648 238344 167130733 758440 15159 17878 0

cpu0 1022597 63462 141826 83528451 366530 9362 15386 0

cpu1 1009407 39185 96518 83602282 391909 5796 2492 0

intr 303194010 212852371 3 0 0 11 0 0 2 1 1 0 0 3 0 11097365 0 72615114 6628960 0 179 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 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 236095529

btime 1195210746

processes 401389

procs_running 1

procs_blocked 0

第一行的數(shù)值表示的是CPU總的使用情況，所以我們只要用第一行的數(shù)字計算就可以了。下表解析第一行各數(shù)值的含義：

因為/proc/stat中的數(shù)值都是從系統(tǒng)啟動開始累計到當(dāng)前時刻的積累值，所以需要在不同時間點t1和t2取值進(jìn)行比較運算，當(dāng)兩個時間點的間隔較短時，就可以把這個計算結(jié)果看作是CPU的即時利用率。

CPU的即時利用率的計算公式：

CPU在t1到t2時間段總的使用時間 = ( user2+ nice2+ system2+ idle2+ iowait2+ irq2+ softirq2) - ( user1+ nice1+ system1+ idle1+ iowait1+ irq1+ softirq1)

CPU在t1到t2時間段空閑使用時間 = (idle2 - idle1)

CPU在t1到t2時間段即時利用率 =  1 - CPU空閑使用時間 / CPU總的使用時間

這些值是誰，什么時候記錄的呢？

每次timer的中斷就會記錄一次，記錄在struct cpu_usage_stat 里，實現(xiàn)在timer_tick ->update_process_times里。

那么它的精度就是HZ,如果HZ是100，就意味著每S記錄100次。這個精度當(dāng)然是不高的，而且容易出錯，下面是在Documentation/cpu-load.txt中的一個例子：

  time line between two timer interrupts

 |--------------------------------------|

 ^                                    ^

 |_ user appA begins working          |

                                      |_ user appA goes to sleep

結(jié)果這個A的動作沒有被記錄下來，這一S有可能被記錄到其他的頭上。如果你做的程序正好是那個其他，你就會抱怨說，這真是一陀屎呀。

那么有沒有高精度的記錄呢？

有，但是要自己寫，就算你用oprofile之類的，他的原理也是用timer_interrupt記錄的，你可以用其他的高精度timer，但是，頻繁的中斷會把系統(tǒng)弄死。所以要自己寫，假設(shè)有一個高精度的硬件counter，好像x86下的TimeStamp Counter，

在cpu_idle 里記錄idle的時間，在asm_do_IRQ里記錄處理irq的時間，在context_switch記錄進(jìn)入了那個process，以及時間，在__do_softirq里記錄處理softirq的時間，把這些東西記錄在一塊全局?jǐn)?shù)組里。