CPU使用率简单介绍

通过/proc/stat计算CPU使用率介绍

linux通过/proc虚拟文件系统，想用户提供了系统内部状态信息，/proc/stat提供的就是系统CPU和任务统计信息

# cat /proc/stat | grep ^cpu
cpu  1206478 257 1197978 341057442 40732 0 785 0 0 0
cpu0 1206478 257 1197978 341057442 40732 0 785 0 0 0

• 第一行cpu没有编号，表示所有cpu的累加信息
• 第二行cpu0代表系统中单一cpu信息

每列数值按顺序介绍：

• user（通常缩写为 us），代表用户态 CPU 时间。注意，它不包括下面的 nice 时间，但包括了 guest 时间。
• nice（通常缩写为 ni），代表低优先级用户态 CPU 时间，也就是进程的 nice 值被调整为 1-19 之间时的 CPU 时间。这里注意，nice 可取值范围是 -20 到 19，数值越大，优先级反而越低。
• system（通常缩写为 sys），代表内核态 CPU 时间。
• idle（通常缩写为 id），代表空闲时间。注意，它不包括等待 I/O 的时间（iowait）。
• iowait（通常缩写为 wa），代表等待 I/O 的 CPU 时间。iowait不太表磁盘i/o有瓶颈，只代表cpu上i/o操作占用的时间比，假如当前没其它进程运行，很小的i/o也会导致iowait升高
• irq（通常缩写为 hi），代表处理硬中断的 CPU 时间。
• softirq（通常缩写为 si），代表处理软中断的 CPU 时间。
• steal（通常缩写为 st），代表当系统运行在虚拟机中的时候，被其他虚拟机占用的 CPU 时间。
• guest（通常缩写为 guest），代表通过虚拟化运行其他操作系统的时间，也就是运行虚拟机的 CPU 时间。
• guest_nice（通常缩写为 gnice），代表以低优先级运行虚拟机的时间

可以通过/proc/stat 计算出CPU使用率，比如计算间隔1秒CPU使用率，需要在间隔1秒获取/proc/stat进行下面公式计算

• CPU使用率 = (1 - (new_空闲时间 - old_空闲时间) / (new_总CPU时间 - old_总CPU时间)) * 100
• 总CPU时间：user + nice + system + idle + iowait + softirq + steal + guest + guest_nice
• 空闲时间：idle

通过工具获取CPU使用率

top：显示系统整体CPU和内存使用情况，以及可以动态显示各个进程情况
ps：只显示每个进程资源使用情况

top输出：

top - 11:42:35 up 40 days, 12:35,  4 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.05
Tasks:  71 total,   1 running,  70 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  0.3 us,  0.3 sy,  0.0 ni, 99.3 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem :  1883420 total,   531820 free,   120892 used,  1230708 buff/cache
KiB Swap:        0 total,        0 free,        0 used.  1577520 avail Mem

  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
31680 root      10 -10  130384  12896   5308 S  1.0  0.7 363:53.95 AliYunDun
    1 root      20   0  190908   3480   2120 S  0.0  0.2   0:17.85 systemd
    2 root      20   0       0      0      0 S  0.0  0.0   0:00.01 kthreadd

可以直观看到%Cpu(s)行显示了CPU的使用率信息,按1键可以展示所有CPU，在中间的空行下显示的为进程信息，这里 %CPU 的展示的就是该进程在内核态和用户态的CPU使用率总和

但是top并没有针对进程区分展示内核态和用户态分别CPU使用情况，这时候我们可以使用pidstat命令查看

 pidstat 1 5
Linux 3.10.0-693.2.2.el7.x86_64 (iz2zeab8t820b32tt9i96gz)   2019年12月15日     _x86_64_    (1 CPU)

11时48分52秒   UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
11时48分53秒     0     20554    0.00    1.00    0.00    1.00    1.00     0  kworker/0:0
11时48分53秒     0     31680    1.00    1.00    0.00    0.00    2.00     0  AliYunDun

• %usr ：用户态使用率
• %system：内核态使用率
• %guest：运行虚拟机CPU使用率
• %wait ：等待CPU使用率
• %CPU ：总CPU使用率

常用参数：
-t：显示进程的所有线程信息
-w: 显示任务上下文切换报告
-u：显示CPU使用率
-d：显示进程占用磁盘i/o

CPU使用率升高程序分析工具

我们可以通过ps，top，pidstat定位到那个进程占用CPU使用比较多后，需要在定位这个进程里那个函数导致CPU使用率升高

• GDB：（The GNU Project Debugger）， 这个功能强大的程序调试利器。的确，GDB 在调试程序错误方面很强大。但是，我又要来“挑刺”了。请你记住，GDB 并不适合在性能分析的早期应用
• perf ：是 Linux 2.6.31 以后内置的性能分析工具。它以性能事件采样为基础，不仅可以分析系统的各种事件和内核性能，还可以用来分析指定应用程序的性能问题

Samples: 1K of event 'cpu-clock', 4000 Hz, Event count (approx.): 218249930 lost: 0/0 drop: 0/0
Overhead  Shared Object              Symbol
   5.53%  [kernel]                   [k] kallsyms_expand_symbol.constprop.1
   4.92%  [kernel]                   [k] finish_task_switch
   4.22%  perf                       [.] rb_next

• 第一列 Overhead ，是该符号的性能事件在所有采样中的比例，用百分比来表示。
• 第二列 Shared ，是该函数或指令所在的动态共享对象（Dynamic Shared Object），如内核、进程名、动态链接库名、内核模块名等。
• 第三列 Object ，是动态共享对象的类型。比如 [.] 表示用户空间的可执行程序、或者动态链接库，而 [k] 则表示内核空间。
• 最后一列 Symbol 是符号名，也就是函数名。当函数名未知时，用十六进制的地址来表示。

perf第二种常见用法是 perf record 和perf report，在性能分析时候，perf top展示了性能信息，但是没有保存起来，无法离线分析，而perf record 用于保存数据，perf report用于展示保存的数据