Linux下的CPU利用率计算原理详解

简介: 原文转自:http://server.51cto.com/sCollege-188250.htm 我们在搞性能测试的时候,对后台服务器的CPU利用率监控是一个常用的手段。

原文转自:http://server.51cto.com/sCollege-188250.htm

我们在搞性能测试的时候,对后台服务器的CPU利用率监控是一个常用的手段。服务器的CPU利用率高,则表明服务器很繁忙。如果前台响应时间越来越大,而后台CPU利用率始终上不去,说明在某个地方有瓶颈了,系统需要调优。这个是即使不懂技术的人都容易理解的事情。

上面理解对吗?我个人觉得不十分准确。这个要看后台你测试的进程是什么类型的。如果是计算密集型的进程,当前端压力越来越大的时候,很容易把CPU利用率打上去。但是如果是I/O网络密集型的进程,即使客户端的请求越来越多,但是服务器CPU不一定能上去,这个是你要测试的进程的自然属性决定的。比较常见的就是,大文件频繁读写的cpu开销远小于小文件频繁读写的开销。因为在I/O吞吐量一定时,小文件的读写更加频繁,需要更多的cpu来处理I/O的中断。

在Linux/Unix下,CPU利用率分为用户态系统态空闲态,分别表示CPU处于用户态执行的时间,系统内核执行的时间,和空闲系统进程执行的时间。平时所说的CPU利用率是指:CPU执行非系统空闲进程的时间 / CPU总的执行时间

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,可以用/proc/stat文件来计算cpu的利用率(详细的解释可参考:http://www.linuxhowtos.org/System/procstat.htm)。这个文件包含了所有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。

如:

 
  1. [sailorhzr@builder ~]$ cat /proc/stat  
  2. cpu 432661 13295 86656 422145968 171474 233 5346 
  3. cpu0 123075 2462 23494 105543694 16586 0 4615 
  4. cpu1 111917 4124 23858 105503820 69697 123 371 
  5. cpu2 103164 3554 21530 105521167 64032 106 334 
  6. cpu3 94504 3153 17772 105577285 21158 4 24 
  7. intr 1065711094 1057275779 92 0 6 6 0 4 0 3527 0 0 0 70 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7376958 0 0 0 0 0 0 0 1054602 0 0 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
  8. ctxt 19067887 
  9. btime 1139187531 
  10. processes 270014 
  11. procs_running 1 
  12. procs_blocked 0   
  13.  

输出解释

CPU 以及CPU0、CPU1、CPU2、CPU3每行的每个参数意思(以第一行为例)为:

参数 解释
user (432661)

nice (13295)

system (86656)
idle (422145968)

iowait (171474)

irq (233)
softirq (5346) 
 
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
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)
从系统启动开始累计到当前时刻,核心时间(单位:jiffies)
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)
从系统启动开始累计到当前时刻,硬盘IO等待时间(单位:jiffies) ,
从系统启动开始累计到当前时刻,硬中断时间(单位:jiffies)
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利用率可以使用以下两个方法。先取两个采样点,然后计算其差值:

 
  1. cpu usage=(idle2-idle1)/(cpu2-cpu1)*100 
  2. cpu usage=[(user_2 +sys_2+nice_2) - (user_1 + sys_1+nice_1)]/(total_2 - total_1)*100 
  3.  

以下用分别用bash和perl做的一个cpu利用率的计算:

本人注:以下代码则采用公式为:

 
  1. total_0USER[0]+NICE[0]+SYSTEM[0]+IDLE[0]+IOWAIT[0]+IRQ[0]+SOFTIRQ[0]  
  2. total_1=USER[1]+NICE[1]+SYSTEM[1]+IDLE[1]+IOWAIT[1]+IRQ[1]+SOFTIRQ[1]  
  3. cpu usage=(IDLE[0]-IDLE[1]) / (total_0-total_1) * 100 
  4.  

###bash 代码

 
  1. CODE:#!/bin/sh  
  2.  
  3. ##echo user nice system idle iowait irq softirq  
  4. CPULOG_1=$(cat /proc/stat | grep 'cpu ' | awk '{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}')  
  5. SYS_IDLE_1=$(echo $CPULOG_1 | awk '{print $4}')  
  6. Total_1=$(echo $CPULOG_1 | awk '{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}')  
  7.  
  8. sleep 5  
  9.  
  10. CPULOG_2=$(cat /proc/stat | grep 'cpu ' | awk '{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}')  
  11. SYS_IDLE_2=$(echo $CPULOG_2 | awk '{print $4}')  
  12. Total_2=$(echo $CPULOG_2 | awk '{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}')  
  13.  
  14. SYS_IDLE=`expr $SYS_IDLE_2 - $SYS_IDLE_1`  
  15.  
  16. Total=`expr $Total_2 - $Total_1`  
  17. SYS_USAGE=`expr $SYS_IDLE/$Total*100 |bc -l`  
  18.  
  19. SYS_Rate=`expr 100-$SYS_USAGE |bc -l`  
  20.  
  21. Disp_SYS_Rate=`expr "scale=3; $SYS_Rate/1" |bc`  
  22. echo $Disp_SYS_Rate%  
  23.  
  24.    

###perl 代码

 
  1. #!/usr/bin/perl  
  2.  
  3. use warnings;  
  4.  
  5. $SLEEPTIME=5;  
  6.  
  7. if (-e "/tmp/stat") {  
  8. unlink "/tmp/stat";  
  9. }  
  10. open (JIFF_TMP, ">>/tmp/stat") || die "Can't open /proc/stat file!\n";  
  11. open (JIFF, "/proc/stat") || die "Can't open /proc/stat file!\n";  
  12. @jiff_0=<JIFF>;  
  13. print JIFF_TMP $jiff_0[0] ;  
  14. close (JIFF);  
  15.  
  16. sleep $SLEEPTIME;  
  17.  
  18. open (JIFF, "/proc/stat") || die "Can't open /proc/stat file!\n";  
  19. @jiff_1=<JIFF>;  
  20. print JIFF_TMP $jiff_1[0];  
  21. close (JIFF);  
  22. close (JIFF_TMP);  
  23.  
  24. @USER=`awk '{print \$2}' "/tmp/stat"`;  
  25. @NICE=`awk '{print \$3}' "/tmp/stat"`;  
  26. @SYSTEM=`awk '{print \$4}' "/tmp/stat"`;  
  27. @IDLE=`awk '{print \$5}' "/tmp/stat"`;  
  28. @IOWAIT=`awk '{print \$6}' "/tmp/stat"`;  
  29. @IRQ=`awk '{print \$7}' "/tmp/stat"`;  
  30. @SOFTIRQ=`awk '{print \$8}' "/tmp/stat"`;  
  31.  
  32. $JIFF_0=$USER[0]+$NICE[0]+$SYSTEM[0]+$IDLE[0]+$IOWAIT[0]+$IRQ[0]+$SOFTIRQ[0];  
  33. $JIFF_1=$USER[1]+$NICE[1]+$SYSTEM[1]+$IDLE[1]+$IOWAIT[1]+$IRQ[1]+$SOFTIRQ[1];  
  34.  
  35. $SYS_IDLE=($IDLE[0]-$IDLE[1]) / ($JIFF_0-$JIFF_1) * 100;  
  36. $SYS_USAGE=100 - $SYS_IDLE;  
  37.  
  38. printf ("The CPU usage is %1.2f%%\n",$SYS_USAGE);
相关文章
|
26天前
|
Shell Linux 程序员
【Linux】Shell 命令以及运行原理
【Linux】Shell 命令以及运行原理
|
3天前
|
算法 Linux 调度
Linux进程——进程的创建(fork的原理)
Linux进程——进程的创建(fork的原理)
9 2
|
3天前
|
Prometheus 监控 Cloud Native
grafana展示的CPU利用率与实际不符的问题探究
观察到`mpstat`命令显示单核CPU的`%usr`和`%sys`分别持续在70%和20%,而Grafana监控数据显示较低。问题源于Grafana表达式计算的是CPU时间增量而非利用率。`mpstat`通过`/proc/stat`获取数据并计算CPU利用率,而`node-exporter`直接导出原始数据。调整Grafana表达式以匹配`mpstat`的计算方式后,两者结果一致。解决方案是修正Grafana查询以准确反映CPU占用率。
30 0
grafana展示的CPU利用率与实际不符的问题探究
|
4天前
|
Linux Shell 程序员
【Linux操作系统】命令的运行原理
【Linux操作系统】命令的运行原理
|
4天前
|
Python
python3获取内存和cpu利用率记录日志文件psutil
python3获取内存和cpu利用率记录日志文件psutil
9 1
|
12天前
|
监控 Shell Linux
shell linux中用shell写一个占用CPU的脚本
shell linux中用shell写一个占用CPU的脚本
|
13天前
|
SQL Java Linux
Linux系统cpu飙升到100%排查方案
Linux系统cpu飙升到100%排查方案
13 0
|
19天前
|
Java Linux
Linux下如何定位最耗CPU的JAVA代码
Linux下如何定位最耗CPU的JAVA代码
32 0
|
1月前
|
存储 Linux 程序员
【操作系统原理】—— Linux内存管理
【操作系统原理】—— Linux内存管理
20 0
|
1月前
|
Linux Shell Python
如何计算 Linux 上文件中的空行数?
【5月更文挑战第11天】
25 0