CPU占用率计算原理

　1 CPU占用率计算原理

　　1.1 相关概念

　　在Linux/Unix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。    下面是几个与CPU占用率相关的概念。

　　n CPU利用率       CPU的使用情况。

　　n 用户时间（User time）

　　表示CPU执行用户进程的时间，包括nices时间。通常期望用户空间CPU越高越好。

　　n 系统时间（System time）

　　表示CPU在内核运行时间，包括IRQ和softirq时间。系统CPU占用率高，表明系统某部分存在瓶颈。通常值越低越好。

　　n 等待时间（Waiting time）

　　CPI在等待I/O操作完成所花费的时间。系统部应该花费大量时间来等待I/O操作，否则就说明I/O存在瓶颈。

　　n 空闲时间（Idle time）

　　系统处于空闲期，等待进程运行。

　　n Nice时间（Nice time）

　　系统调整进程优先级所花费的时间。

　　n 硬中断处理时间（Hard Irq time）       系统处理硬中断所花费的时间。

　　n 软中断处理时间（SoftIrq time）       系统处理软中断中断所花费的时间。

　　n 丢失时间（Steal  time）

　　被强制等待（involuntary wait）虚拟CPU的时间，此时hypervisor在为另一个虚拟处理器服务。

　　下面是我们在top命令看到的CPU占用率信息及各项值含义。

　　Cpu（s）：  0.2%us,  0.2%sy,  0.0%ni, 99.2%id,  0.5%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st

　　us: User time

　　sy: System time

　　ni: Nice time

　　id: Idle time

　　wa: Waiting time

　　hi: Hard Irq time

　　si: SoftIrq time

　　st: Steal time

　　1.2 CPU占用率计算

　　Linux CPU占用率计算，都是根据/proc/stat文件内容计算而来，下面是stat文件内容样例，内核版本不同，会稍有不同，但内容基本一致。

　　1.top

　　使用权限：所有使用者

　　使用方式：top [-] [d delay] [q] [c] [S] [s] [i] [n] [b]

　　说明：即时显示process的动态

　　d :改变显示的更新速度，或是在交谈式指令列（ interactive command）按s

　　q :没有任何延迟的显示速度，如果使用者是有superuser的权限，则top将会以最高的优先序执行

　　c :切换显示模式，共有两种模式，一是只显示执行档的名称，另一种是显示完整的路径与名称S :累积模式，会将己完成或消失的子行程（ dead child process ）的CPU time累积起来

　　s :安全模式，将交谈式指令取消，避免潜在的危机

　　i :不显示任何闲置（idle）或无用（zombie）的行程

　　n :更新的次数，完成后将会退出top

　　b :批次档模式，搭配"n"参数一起使用，可以用来将top的结果输出到档案内

　　范例：

　　显示更新十次后退出；

　　top -n 10

　　使用者将不能利用交谈式指令来对行程下命令：

　　top -s

　　将更新显示二次的结果输入到名称为top.log的档案里：

　　top -n 2 -b < top.log

　　另附一个命令简介linux traceroutewindows tracert两个命令相当，跟踪网络路由

　　2.vmstat

　　正如我们之前讨论的任何系统的性能比较都是基于基线的，并且监控CPU的性能就是以上3点，运行队列、CPU使用率和上下文切换。以下是一些对于CPU很普遍的性能要求：

　　1.对于每一个CPU来说运行队列不要超过3,例如，如果是双核CPU就不要超过6;

　　2.如果CPU在满负荷运行，应该符合下列分布，

　　a） User Time:65%~70%

　　b） System Time:30%~35%

　　c） Idle:0%~5%

　　3. mpstat

　　对于上下文切换要结合CPU使用率来看，如果CPU使用满足上述分布，大量的上下文切换也是可以接受的。

　　常用的监视工具有：vmstat, top,dstat和mpstat.

　　# vmstat 1

　　procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- ----cpu----

　　r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa

　　0 0 104300 16800 95328 72200 0 0 5 26 7 14 4 1 95 0

　　0 0 104300 16800 95328 72200 0 0 0 24 1021 64 1 1 98 0

　　0 0 104300 16800 95328 72200 0 0 0 0 1009 59 1 1 98 0

　　r表示运行队列的大小，

　　b表示由于IO等待而block的线程数量，

　　in表示中断的数量，

　　cs表示上下文切换的数量，

　　us表示用户CPU时间，

　　sys表示系统CPU时间，

　　wa表示由于IO等待而是CPU处于idle状态的时间，

　　id表示CPU处于idle状态的总时间。

　　dstat可以给出每一个设备产生的中断数：

　　# dstat -cip 1

　　----total-cpu-usage---- ----interrupts--- ---procs---

　　usr sys idl wai hiq siq| 15 169 185 |run blk new

　　6 1 91 2 0 0| 12 0 13  | 0 0 0

　　1 0 99 0 0 0| 0    0  6 | 0 0 0

　　0 0 100 0 0 0| 18 0  2 | 0 0 0

　　0 0 100 0 0 0| 0    0  3 | 0 0 0

　　我们可以看到这里有3个设备号15,169和185.设备名和设备号的关系我们可以参考文件/proc/interrupts,这里185代表网卡eth1.

　　# cat /proc/interrupts

　　CPU0

　　0: 1277238713 IO-APIC-edge timer

　　6: 5 IO-APIC-edge floppy

　　7: 0 IO-APIC-edge parport0

　　8: 1 IO-APIC-edge rtc

　　9: 1 IO-APIC-level acpi

　　14: 6011913 IO-APIC-edge ide0

　　15: 15761438 IO-APIC-edge ide1

　　169: 26 IO-APIC-level Intel 82801BA-ICH2

　　185: 16785489 IO-APIC-level eth1

　　193: 0 IO-APIC-level uhci_hcd:usb1