[Linux Memory] 用/proc/stat计算cpu的占用率

转载自：http://blog.csdn.net/pppjob/article/details/4060336

在Linux下，CPU利用率分为用户态，系统态和空闲态，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，三者之和就是CPU的总时间，当没有用户进程、系统进程等需要执行的时候，CPU就执行系统缺省的空闲进程。从平常的思维方式理解的话，CPU的利用率就是非空闲进程占用时间的比例，即CPU执行非空闲进程的时间 / CPU总的执行时间。

在Linux系统中，CPU时间的分配信息保存在/proc/stat文件中，利用率的计算应该从这个文件中获取数据。文件的头几行记录了每个CPU的用户态，系统态，空闲态等状态下分配的时间片（单位是Jiffies），这些数据是从CPU加电到当前的累计值。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。

不同版本的linux /proc/stat文件内容不一样，以Linux 2.6来说，/proc/stat文件的内容如下：

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（单位：jiffies）：

user (2032004)	从系统启动开始累计到当前时刻，用户态的CPU时间，不包含nice值为负进程。
nice (102648)	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
system (238344)	从系统启动开始累计到当前时刻，核心时间
idle (167130733)	从系统启动开始累计到当前时刻，除IO等待时间以外其它等待时间
iowait (758440)	从系统启动开始累计到当前时刻，IO等待时间
irq (15159)	从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断时间
softirq (17878)	从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间

因为/proc/stat中的数值都是从系统启动开始累计到当前时刻的积累值，所以需要在不同时间点t1和t2取值进行比较运算，当两个时间点的间隔较短时，就可以把这个计算结果看作是CPU的即时利用率。

CPU的即时利用率的计算公式：

CPU在t1到t2时间段总的使用时间 = ( user2+ nice2+ system2+ idle2+ iowait2+ irq2+ softirq2) - ( user1+ nice1+ system1+ idle1+ iowait1+ irq1+ softirq1)

CPU在t1到t2时间段空闲使用时间 = (idle2 - idle1)

CPU在t1到t2时间段即时利用率 =  1 - CPU空闲使用时间 / CPU总的使用时间

这些值是谁，什么时候记录的呢？

每次timer的中断就会记录一次，记录在struct cpu_usage_stat 里，实现在timer_tick ->update_process_times里。

那么它的精度就是HZ,如果HZ是100，就意味着每S记录100次。这个精度当然是不高的，而且容易出错，下面是在Documentation/cpu-load.txt中的一个例子：

  time line between two timer interrupts

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

 ^                                    ^

 |_ user appA begins working          |

                                      |_ user appA goes to sleep

结果这个A的动作没有被记录下来，这一S有可能被记录到其他的头上。如果你做的程序正好是那个其他，你就会抱怨说，这真是一陀屎呀。

那么有没有高精度的记录呢？

有，但是要自己写，就算你用oprofile之类的，他的原理也是用timer_interrupt记录的，你可以用其他的高精度timer，但是，频繁的中断会把系统弄死。所以要自己写，假设有一个高精度的硬件counter，好像x86下的TimeStamp Counter，

在cpu_idle 里记录idle的时间，在asm_do_IRQ里记录处理irq的时间，在context_switch记录进入了那个process，以及时间，在__do_softirq里记录处理softirq的时间，把这些东西记录在一块全局数组里。