序言

CPU 使用率是最直觀和最常用的系統(tǒng)性能指標(biāo)，更是我們?cè)谂挪樾阅軉?wèn)題時(shí)，通常會(huì)關(guān)注的第一個(gè)指標(biāo)。

節(jié)拍率

為了維護(hù) CPU 時(shí)間，Linux 通過(guò)事先定義的節(jié)拍率（內(nèi)核中表示為 HZ），觸發(fā)時(shí)間中斷，并使用全局變量 Jiffies 記錄了開機(jī)以來(lái)的節(jié)拍數(shù)。

為了維護(hù) CPU 時(shí)間，Linux 通過(guò)事先定義的節(jié)拍率（內(nèi)核中表示為 HZ），觸發(fā)時(shí)間中斷，并使用全局變量 Jiffies 記錄了開機(jī)以來(lái)的節(jié)拍數(shù)。每發(fā)生一次時(shí)間中斷，Jiffies 的值就加 1。

節(jié)拍率 HZ 是內(nèi)核的可配選項(xiàng)，可以設(shè)置為 100、250、1000 等。不同的系統(tǒng)可能設(shè)置不同數(shù)值，每發(fā)生一次時(shí)間中斷，Jiffies 的值就加 1。例如，我們測(cè)試機(jī)上

adb pull /proc/config.gz . gzip -C config.gz cat config | grep CONFIG_HZ # CONFIG_HZ_PERIODIC is not set # CONFIG_HZ_100 is not set # CONFIG_HZ_250 is not set CONFIG_HZ_300=y # CONFIG_HZ_1000 is not set CONFIG_HZ=300

同時(shí)，正因?yàn)楣?jié)拍率 HZ 是內(nèi)核選項(xiàng)，所以用戶空間程序并不能直接訪問(wèn)。

為了方便用戶空間程序，內(nèi)核還提供了一個(gè)用戶空間節(jié)拍率 USER_HZ，它總是固定為 100，也就是 1/100 秒。這樣，用戶空間程序并不需要關(guān)心內(nèi)核中 HZ 被設(shè)置成了多少，因?yàn)樗吹降目偸枪潭ㄖ?USER_HZ。

getconf CLK_TCK 100

使用率

單位時(shí)間內(nèi) CPU 使用情況的統(tǒng)計(jì)，以百分比的方式展示繁忙百分比。

Linux 通過(guò) /proc 虛擬文件系統(tǒng)，向用戶空間提供了系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的信息，而 /proc/stat 提供的就是系統(tǒng)的 CPU 和任務(wù)統(tǒng)計(jì)信息。比方說(shuō)，如果你只關(guān)注 CPU 的話，可以執(zhí)行下面的命令：

# cat /proc/stat | grep ^cpu cpu 234216 27933 319655 17408210 4562 55507 27548 0 0 0 cpu0 49539 7960 70000 2095840 766 17747 6814 0 0 0 cpu1 46158 7493 69829 2102226 919 14273 6062 0 0 0 cpu2 34898 2226 74222 2118598 778 12061 5720 0 0 0 cpu3 33398 2343 72419 2119606 904 9585 8048 0 0 0 cpu4 21543 1631 9387 2238443 136 437 189 0 0 0 cpu5 22054 1652 10093 2237259 127 434 203 0 0 0 cpu6 22313 1711 10588 2236524 129 420 185 0 0 0 cpu7 4308 2914 3114 2259711 798 547 323 0 0 0

這里的輸出結(jié)果是一個(gè)表格。其中，第一列表示的是 CPU 編號(hào)，如 cpu0、cpu1 ，而第一行沒(méi)有編號(hào)的 cpu ，表示的是所有 CPU 的累加。其他列則表示不同場(chǎng)景下 CPU 的累加節(jié)拍數(shù)，它的單位是 USER_HZ，也就是 10 ms（1/100 秒），所以這其實(shí)就是不同場(chǎng)景下的 CPU 時(shí)間。當(dāng)然，這里每一列的順序并不需要背下來(lái)。有需要的時(shí)候，查詢 man proc 就可以。下面，來(lái)依次解讀一下。

• user（通常縮寫為 us），代表用戶態(tài) CPU 時(shí)間。注意，它不包括下面的 nice 時(shí)間，但包括了 guest 時(shí)間。
• nice（通常縮寫為 ni），代表低優(yōu)先級(jí)用戶態(tài) CPU 時(shí)間，也就是進(jìn)程的 nice 值被調(diào)整為 1-19 之間時(shí)的 CPU 時(shí)間。這里注意，nice 可取值范圍是 -20 到 19，數(shù)值越大，優(yōu)先級(jí)反而越低。
• system（通常縮寫為 sys），代表內(nèi)核態(tài) CPU 時(shí)間。
• idle（通常縮寫為 id），代表空閑時(shí)間。注意，它不包括等待 I/O 的時(shí)間（iowait）。
• iowait（通常縮寫為 wa），代表等待 I/O 的 CPU 時(shí)間。
• irq（通常縮寫為 hi），代表處理硬中斷的 CPU 時(shí)間。
• softirq（通常縮寫為 si），代表處理軟中斷的 CPU 時(shí)間。
• steal（通常縮寫為 st），代表當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在虛擬機(jī)中的時(shí)候，被其他虛擬機(jī)占用的 CPU 時(shí)間。
• guest（通常縮寫為 guest），代表通過(guò)虛擬化運(yùn)行其他操作系統(tǒng)的時(shí)間，也就是運(yùn)行虛擬機(jī)的 CPU 時(shí)間。
• guest_nice（通常縮寫為 gnice），代表以低優(yōu)先級(jí)運(yùn)行虛擬機(jī)的時(shí)間。

CPU 使用率，就是除了空閑時(shí)間外的其他時(shí)間占總 CPU 時(shí)間的百分比，用公式來(lái)表示就是：

根據(jù)這個(gè)公式，我們就可以從 /proc/stat 中的數(shù)據(jù)，很容易地計(jì)算出 CPU 使用率。當(dāng)然，也可以用每一個(gè)場(chǎng)景的 CPU 時(shí)間，除以總的 CPU 時(shí)間，計(jì)算出每個(gè)場(chǎng)景的 CPU 使用率。

不過(guò)先不要著急計(jì)算，直接用 /proc/stat 的數(shù)據(jù)，算的是什么時(shí)間段的 CPU 使用率嗎？這是開機(jī)以來(lái)的節(jié)拍數(shù)累加值，所以直接算出來(lái)的，是開機(jī)以來(lái)的平均 CPU 使用率，一般沒(méi)啥參考價(jià)值。

事實(shí)上，為了計(jì)算 CPU 使用率，性能工具一般都會(huì)取間隔一段時(shí)間（比如 3 秒）的兩次值，作差后，再計(jì)算出這段時(shí)間內(nèi)的平均 CPU 使用率，即：

我們知道了系統(tǒng) CPU 使用率的計(jì)算方法，那進(jìn)程的呢？跟系統(tǒng)的指標(biāo)類似，Linux 也給每個(gè)進(jìn)程提供了運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)信息，也就是 /proc/[pid]/stat。不過(guò)，這個(gè)文件包含的數(shù)據(jù)就比較豐富了，總共有 52 列的數(shù)據(jù)。

小結(jié)

CPU 使用率是最直觀和最常用的系統(tǒng)性能指標(biāo)，更是我們?cè)谂挪樾阅軉?wèn)題時(shí)，通常會(huì)關(guān)注的第一個(gè)指標(biāo)。所以我們更要熟悉它的含義，尤其要弄清楚用戶（%user）、Nice（%nice）、系統(tǒng)（%system） 、等待 I/O（%iowait） 、中斷（%irq）以及軟中斷（%softirq）這幾種不同 CPU 的使用率。比如說(shuō)：

• 用戶 CPU 和 Nice CPU 高，說(shuō)明用戶態(tài)進(jìn)程占用了較多的 CPU，所以應(yīng)該著重排查進(jìn)程的性能問(wèn)題。
• 系統(tǒng) CPU 高，說(shuō)明內(nèi)核態(tài)占用了較多的 CPU，所以應(yīng)該著重排查內(nèi)核線程或者系統(tǒng)調(diào)用的性能問(wèn)題。
• I/O 等待 CPU 高，說(shuō)明等待 I/O 的時(shí)間比較長(zhǎng)，所以應(yīng)該著重排查系統(tǒng)存儲(chǔ)是不是出現(xiàn)了 I/O 問(wèn)題。
• 軟中斷和硬中斷高，說(shuō)明軟中斷或硬中斷的處理程序占用了較多的 CPU，所以應(yīng)該著重排查內(nèi)核中的中斷服務(wù)程序。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的cpu使用率_漫话性能：CPU使用率的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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