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linux下/proc/stat 计算CPU利用率

Linux算法数据结构活动Solaris 
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Linux平台Cpu使用率的计算

proc文件系统

/proc文件系统是一个伪文件系统，它只存在内存当中，而不占用外存空间。它以文件系统的方式为内核与进程提供通信的接口。用户和应用程序可以通过/proc得到系统的信息，并可以改变内核的某些参数。由于系统的信息，如进程，是动态改变的，所以用户或应用程序读取/proc目录中的文件时，proc文件系统是动态从系统内核读出所需信息并提交的。
/proc目录中有一些以数字命名的目录，它们是进程目录。系统中当前运行的每一个进程在/proc下都对应一个以进程号为目录名的目录/proc/pid，它们是读取进程信息的接口。此外，在Linux 2.6.0-test6以上的版本中/proc/pid目录中有一个task目录，/proc/pid/task目录中也有一些以该进程所拥有的线程的线程号命名的目录/proc/pid/task/tid，它们是读取线程信息的接口。
/proc/cpuinfo文件

         该文件中存放了有关 cpu的相关信息(型号，缓存大小等)。
[zhengangen@buick ~]$ cat /proc/cpuinfo
processor       : 0
vendor_id       : GenuineIntel
cpu family      : 15
model           : 4
model name      : Intel(R) Xeon(TM) CPU 3.00GHz
stepping        : 10
cpu MHz         : 3001.177
cache size      : 2048 KB
physical id     : 0
siblings        : 2
core id         : 0
cpu cores       : 1
fdiv_bug        : no
hlt_bug         : no
f00f_bug        : no
coma_bug        : no
fpu             : yes
fpu_exception   : yes
cpuid level     : 5
wp              : yes
flags           : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush dts acpi mmx fxsr sse sse2 ss ht tm pbe lm pni monitor ds_cpl cid xtpr
bogomips        : 6004.52

说明：以下只解释对我们计算Cpu使用率有用的相关参数。
         参数                            解释
processor (0)                       cpu的一个物理标识

结论1：可以通过该文件根据processor出现的次数统计cpu的逻辑个数(包括多核、超线程)。
/proc/stat文件

         该文件包含了所有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。不同内核版本中该文件的格式可能不大一致，以下通过实例来说明数据该文件中各字段的含义。
实例数据：2.6.24-24版本上的

fjzag@fjzag-desktop:~$ cat /proc/stat
cpu  38082 627 27594 893908 12256 581 895 0 0
cpu0 22880 472 16855 430287 10617 576 661 0 0
cpu1 15202 154 10739 463620 1639 4 234 0 0
intr 120053 222 2686 0 1 1 0 5 0 3 0 0 0 47302 0 0 34194 29775 0 5019 845 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 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 1434984
btime 1252028243
processes 8113
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：
参数          解析（单位：jiffies）
(jiffies是内核中的一个全局变量，用来记录自系统启动一来产生的节拍数，在linux中，一个节拍大致可理解为操作系统进程调度的最小时间片，不同linux内核可能值有不同，通常在1ms到10ms之间)
user (38082)    从系统启动开始累计到当前时刻，处于用户态的运行时间，不包含 nice值为负进程。
nice (627)      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 (27594)  从系统启动开始累计到当前时刻，处于核心态的运行时间
idle (893908)   从系统启动开始累计到当前时刻，除IO等待时间以外的其它等待时间iowait (12256) 从系统启动开始累计到当前时刻，IO等待时间(since 2.5.41)
irq (581)           从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断时间(since 2.6.0-test4)
softirq (895)      从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间(since 2.6.0-test4)stealstolen(0)                   which is the time spent in other operating systems when running in a virtualized environment(since 2.6.11)
guest(0)                               which is the time spent running a virtual  CPU  for  guest operating systems under the control of the Linux kernel(since 2.6.24)

结论2：总的cpu时间totalCpuTime = user + nice + system + idle + iowait + irq + softirq + stealstolen  +  guest
/proc/<pid>/stat文件                                         

该文件包含了某一进程所有的活动的信息，该文件中的所有值都是从系统启动开始累计
到当前时刻。以下通过实例数据来说明该文件中各字段的含义。

[zhengangen@buick ~]# cat /proc/6873/stat
6873 (a.out) R 6723 6873 6723 34819 6873 8388608 77 0 0 0 41958 31 0 0 25 0 3 0 5882654 1409024 56 4294967295 134512640 134513720 3215579040 0 2097798 0 0 0 0 0 0 0 17 0 0 0

说明：以下只解释对我们计算Cpu使用率有用相关参数
参数                                                                解释
pid=6873                            进程号
utime=1587                       该任务在用户态运行的时间，单位为jiffies
stime=41958                      该任务在核心态运行的时间，单位为jiffies
cutime=0                            所有已死线程在用户态运行的时间，单位为jiffies
cstime=0                            所有已死在核心态运行的时间，单位为jiffies

结论3：进程的总Cpu时间processCpuTime = utime + stime + cutime + cstime，该值包括其所有线程的cpu时间。
/proc/<pid>/task/<tid>/stat文件

该文件包含了某一进程所有的活动的信息，该文件中的所有值都是从系统启动开始累计到当前时刻。该文件的内容格式以及各字段的含义同/proc/<pid>/stat文件。
         注意，该文件中的tid字段表示的不再是进程号，而是linux中的轻量级进程(lwp)，即我们通常所说的线程。

结论4：线程Cpu时间threadCpuTime = utime + stime
系统中有关进程cpu使用率的常用命令

ps 命令

通过ps命令可以查看系统中相关进程的Cpu使用率的信息。以下在linux man文档中对ps命令输出中有关cpu使用率的解释：

CPU usage is currently expressed as the percentage of time spent running during the entire lifetime of a process. This is not ideal, and it does not conform to the standards that ps otherwise conforms to. CPU usage is unlikely to add up to exactly 100%.

%cpu   cpu utilization of the process in "##.#" format. It is the CPU time used                           divided by the time the process has been running (cputime/realtime ratio),                           expressed as a percentage. It will not add up to 100% unless you are lucky.

结论5：ps命令算出来的cpu使用率相对于进程启动时的平均值，随着进程运行时间的增大，该值会趋向于平缓。
top命令

通过top命令可以查看系统中相关进程的实时信息（cpu使用率等）。以下是man文档中对top命令输出中有关进程cpu使用率的解释。

#C  --  Last used CPU (SMP)                   A number representing the last used processor. In a true  SMP  environment  this  will  likely change  frequently  since  the  kernel intentionally uses weak affinity.  Also, the very act of running top may break this weak affinity and cause more processes to  change  CPUs  more  often (because of the extra demand for cpu time).

%CPU  --  CPU usage                   The  task’s share of the elapsed CPU time since the last screen update, expressed as a percent-age of total CPU time.  In a true SMP environment, if  Irix mode is Off, top will operate in Solaris mode where a task’s cpu usage will be divided by the total number of CPUs.

结论6：某一个线程在其运行期间其所使用的cpu可能会发生变化。
结论7：在多核的情况下top命令输出的cpu使用率实质是按cpu个数*100%计算的。
单核情况下Cpu使用率的计算

基本思想

通过读取/proc/stat 、/proc/<pid>/stat、/proc/<pid>/task/<tid>/stat以及/proc/cpuinfo这几个文件获取总的Cpu时间、进程的Cpu时间、线程的Cpu时间以及Cpu的个数的信息，然后通过一定的算法进行计算(采样两个足够短的时间间隔的Cpu快照与进程快照来计算进程的Cpu使用率)。

总的Cpu使用率计算

计算方法：

1、  采样两个足够短的时间间隔的Cpu快照，分别记作t1,t2，其中t1、t2的结构均为：
(user、nice、system、idle、iowait、irq、softirq、stealstolen、guest)的9元组;
2、  计算总的Cpu时间片totalCpuTime
a)         把第一次的所有cpu使用情况求和，得到s1;
b)         把第二次的所有cpu使用情况求和，得到s2;
c)         s2 - s1得到这个时间间隔内的所有时间片，即totalCpuTime = j2 - j1 ;
3、计算空闲时间idle
idle对应第四列的数据，用第二次的第四列 - 第一次的第四列即可
idle=第二次的第四列 - 第一次的第四列
6、计算cpu使用率
pcpu =100* (total-idle)/total
某一进程Cpu使用率的计算

计算方法： 

1．               采样两个足够短的时间间隔的cpu快照与进程快照，
a)         每一个cpu快照均为(user、nice、system、idle、iowait、irq、softirq、stealstolen、guest)的9元组;
b)         每一个进程快照均为 (utime、stime、cutime、cstime)的4元组；
2．               分别根据结论2、结论3计算出两个时刻的总的cpu时间与进程的cpu时间，分别记作：totalCpuTime1、totalCpuTime2、processCpuTime1、processCpuTime2
3．               计算该进程的cpu使用率pcpu = 100*( processCpuTime2 – processCpuTime1) / (totalCpuTime2 – totalCpuTime1) (按100%计算，如果是多核情况下还需乘以cpu的个数);
实验数据

实验一: 监控一空循环的进程的cpu使用率。
说明：左边的数据是按以上算法得到的数据，其中采样的时间间隔与top命令刷新屏幕的时间间隔相同。
按以上方法计算得到的cpu使用率
通过top命令得到的

99.50083
98.333336
98.0
98.83138
99.0
99.0
99.83361
98.83527
98.4975

PID    USER      PR   NI   VIRT   RES   SHR   S  %CPU %MEM  TIME+  COMMAND
7639 fjzag     20   0  206m  10m 7136 S   99  2.2   1:00.74 java             
7639 fjzag     20   0  206m  10m 7136 S   99  2.2   1:03.71 java             
7639 fjzag     20   0  206m  10m 7136 S   99  2.2   1:06.67 java             
7639 fjzag     20   0  206m  10m 7136 S   99  2.2   1:09.63 java             
7639 fjzag     20   0  206m  10m 7136 S   98  2.2   1:12.59 java             
7639 fjzag     20   0  206m  10m 7136 S   99  2.2   1:15.55 java             
7639 fjzag     20   0  206m  10m 7136 S  100  2.2   1:18.55 java             
7639 fjzag     20   0  206m  10m 7136 S  100  2.2   1:21.54 java             
7639 fjzag     20   0  206m  10m 7136 S   99  2.2   1:24.52 java             
7639 fjzag     20   0  206m  10m 7136 S   98  2.2   1:27.46 java

实验二: 监控jconsole进程的cpu使用率。
说明：左边的数据是按以上算法得到的数据，其中采样的时间间隔与top命令刷新屏幕的时间间隔相同。
按以上方法计算得到的cpu使用率
通过top命令得到的

8.681135
12.0
10.350584
7.6539097
7.6539097
5.0
13.021703
11.0
8.666667
PID   USER      PR   NI  VIRT   RES   SHR  S  %CPU %MEM  TIME+  COMMAND
7753 fjzag     20   0  252m  72m  22m S   10 14.4   0:18.70 jconsole         
7753 fjzag     20   0  252m  72m  22m S   12 14.4   0:19.07 jconsole         
7753 fjzag     20   0  252m  72m  22m S   11 14.4   0:19.39 jconsole         
7753 fjzag     20   0  252m  72m  22m S    7 14.4   0:19.61 jconsole         
7753 fjzag     20   0  252m  72m  22m S    7 14.4   0:19.83 jconsole         
7753 fjzag     20   0  252m  72m  22m S    5 14.4   0:19.97 jconsole         
7753 fjzag     20   0  252m  72m  22m S   14 14.4   0:20.38 jconsole         
7753 fjzag     20   0  252m  72m  22m S   10 14.4   0:20.68 jconsole         
7753 fjzag     20   0  252m  72m  22m S    9 14.5   0:20.96 jconsole
某一线程Cpu使用率的计算

计算方法： 

1．               采样两个足够短的时间隔的cpu快照与线程快照，
a)         每一个cpu快照均为(user、nice、system、idle、iowait、irq、softirq、stealstealon、guest)的9元组;
b)         每一个线程快照均为 (utime、stime)的2元组；
2．               分别根据结论2、结论4计算出两个时刻的总的cpu时间与线程的cpu时间，分别记作：totalCpuTime1、totalCpuTime2、threadCpuTime1、threadCpuTime2
3．               计算该线程的cpu使用率pcpu = 100*( threadCpuTime2 – threadCpuTime1) / (totalCpuTime2 – totalCpuTime1) (按100%计算，如果是多核情况下还需乘以cpu的个数);
实验数据

实验一: 监控一空循环的线程的cpu使用率。
说明：左边的数据是按以上算法得到的数据，其中采样的时间间隔与top命令刷新屏幕的时间间隔相同。
按以上方法计算得到的cpu使用率
通过top命令得到的

98.83138
97.00997
96.98997
97.49583
98.169716
96.8386
97.333336
93.82304
98.66667
PID    USER      PR   NI   VIRT   RES   SHR   S  %CPU %MEM  TIME+  COMMAND
7649 fjzag     20   0  206m  10m 7136 R   97  2.2   7:22.94 java             
7649 fjzag     20   0  206m  10m 7136 R   97  2.2   7:25.86 java             
7649 fjzag     20   0  206m  10m 7136 R   97  2.2   7:28.76 java             
7649 fjzag     20   0  206m  10m 7136 R   99  2.2   7:31.72 java             
7649 fjzag     20   0  206m  10m 7136 R   98  2.2   7:34.65 java             
7649 fjzag     20   0  206m  10m 7136 R   96  2.2   7:37.53 java             
7649 fjzag     20   0  206m  10m 7136 R   98  2.2   7:40.47 java             
7649 fjzag     20   0  206m  10m 7136 R   96  2.2   7:43.34 java             
7649 fjzag     20   0  206m  10m 7136 R   97  2.2   7:46.25 java

实验二: 监控jconsole程序某一线程的cpu使用率。
说明：左边的数据是按以上算法得到的数据，其中采样的时间间隔与top命令刷新屏幕的时间间隔相同。
按以上方法计算得到的cpu使用率
通过top命令得到的

1.3400335
6.644518
1.3333334
0.6677796
0.6666667
1.3333334
1.3333334
PID    USER      PR   NI   VIRT   RES  SHR  S  %CPU %MEM  TIME+  COMMAND
7755 fjzag     20   0  251m  72m  22m S    1 14.4   0:11.92 jconsole         
7755 fjzag     20   0  251m  72m  22m S    7 14.4   0:12.12 jconsole         
7755 fjzag     20   0  251m  72m  22m S    2 14.4   0:12.18 jconsole         
7755 fjzag     20   0  251m  72m  22m S    0 14.4   0:12.18 jconsole         
7755 fjzag     20   0  251m  72m  22m S    1 14.4   0:12.20 jconsole         
7755 fjzag     20   0  251m  72m  22m S    1 14.4   0:12.24 jconsole         
7755 fjzag     20   0  251m  72m  22m S    1 14.4   0:12.28 jconsole
多核情况下cpu使用率的计算                                                   

以下通过实验数据来说明多核情况下某一进程cpu使用率是按cpu个数*100%计算的.
实验一

描述:

在双核的情况下作的一组实验，第一组数据是通过ps  -eLo pid,lwp,pcpu | grep 9140命令查看进程号为9140的进程中各线程的详细信息。第二组数据是通过 ps命令查看进程号为9140进程的cpu使用率。
数据一：

pid   lwp  %cpu
9140  9140  0.0
9140  9141  0.0
9140  9142  0.0
9140  9143  0.0
9140  9144  0.0
9140  9149  0.0
9140  9150  0.0
9140  9151  0.0
9140  9152  0.1
9140  9153 96.6                         该线程是一个空循环
9140  9154 95.9                         该线程是一个空循环
以上除了红色标注出来的两个线程以外,其他的线程都是后台线程。
数据二：

pid   %cpu
9140  193
实验二

描述：

在单核的情况下作的一组实验，第一组数据是通过ps  -eLo pid,lwp,pcpu | grep 6137命令查看进程号为6137的进程中各线程的详细信息。第二组数据是通过 ps命令查看进程号为6137进程的cpu使用率。
数据一：

pid    lwp   %cpu
6137  6137  0.0
6137  6138  0.1
6137  6143  0.0
6137  6144  0.0
6137  6145  0.0
6137  6146  0.0
6137  6147  0.0
6137  6148  0.0
6137  6149  0.0
6137  6150 46.9                                                 空循环线程
6137  6151 46.9                                                 空循环线程
以上除了红色标注出来的两个线程以外,其他的线程都是后台线程。
数据二

pid %cpu
6137 92.9
主要问题：

1.       不同内核版本/proc/stat文件格式不大一致。/proc/stat文件中第一行为总的cpu使用情况。
各个版本都有的4个字段: user、nice、system、idle
2.5.41版本新增字段：iowait
2.6.0-test4新增字段：irq、softirq
2.6.11新增字段：stealstolen ：                    which is the time spent in other operating
systems when running in a virtualized environment
2.6.24新增字段：guest:                                    which is the time spent running a virtual  CPU  for  guest operating systems under the control of the Linux kernel
2．/proc/pid/task目录是Linux 2.6.0-test6之后才有的功能。

3．关于出现cpu使用率为负的情况，目前想到的解决方案是如果出现负值，连续采样计算cpu使用率直到为非负。

4. 有些线程生命周期较短,可能在我们采样期间就已经死掉了.
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| Android进程管理机制及优化 for HTC HeRO ...
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    在Linux系统中，可以通过读取`/proc/stat`文件来获取系统CPU使用情况。这个文件包含了关于CPU的各种统计信息，例如用户态时间(user)、内核态时间(kernel)、空闲时间(idle)等。通过比较两次读取的这些值，我们可以...

    cpu_linux.rar_cpu_linux.cpp_linux 读取文件_proc cpu

    本主题聚焦于如何利用C++语言在Linux环境下编程来读取`/proc/stat`文件，从而获取CPU的使用率。 首先，`/proc`是一个虚拟文件系统，它并不存储在硬盘上，而是由内核动态生成的。`/proc/stat`文件包含了系统运行时的...

    Qt linux获取cpu使用率、内存、网络收发速度、磁盘读写速度、磁盘剩余空间

    在Linux系统中，使用Qt库开发应用程序时，可以利用各种系统接口来获取CPU使用率、内存占用、网络流量、磁盘I/O速度以及磁盘剩余空间等关键信息。以下将详细讲解如何通过Qt来实现这些功能。 1. CPU使用率： 在Linux...

    linux proc 文件系统 编程手册

    - `/proc/stat`：系统整体的统计信息，如CPU使用、进程切换次数等。 - `/proc/diskstats`：硬盘I/O统计。 6. **文件系统信息**： - `/proc/mounts`：列出所有已挂载的文件系统及其相关信息。 - `/proc/file...

    计算linux和openwrt的cpu使用率 (2).docx

    通过这种方式，我们可以实时监控Linux或OpenWRT设备的CPU利用率，这对于诊断性能问题、优化系统资源分配以及排查故障非常有用。 需要注意的是，OpenWRT是一个基于Linux的嵌入式操作系统，广泛应用于路由器和其他...

    计算linux和openwrt的cpu使用率.docx

    在Linux和OpenWRT系统中，CPU使用率是衡量系统性能和资源利用率的重要指标。本文将探讨如何通过编程计算Linux和OpenWRT系统的CPU使用率，以帮助管理员监控和优化系统性能。 首先，CPU使用率是指CPU在一段时间内执行...

    Linux服务器运行状况全面监测上.pdf

    【Linux服务器运行状况全面监测】 Linux服务器在众多网络服务中占据重要地位，为了确保服务器的稳定运行...全面的服务器监测应考虑硬件健康、软件性能、安全防护、资源利用率等多角度，以确保服务器的稳定和高效运行。

    LINUXCPU利用率算法android.pdf

    本文将深入探讨如何利用/Linux/proc/文件系统中的信息来计算CPU利用率。 首先，我们关注的是`/proc/cpuinfo`文件。这个文件提供了关于系统中CPU的详细信息，如处理器型号、频率、缓存大小等。例如，`processor`字段...

    linux cpu利用率和使用情况

    总的来说，理解Linux下的CPU利用率和使用情况，以及如何通过`mytop`等工具进行监控，对于系统管理员和开发者来说是至关重要的技能。这不仅可以确保系统的稳定运行，还能提高资源效率，优化应用程序性能。在实际操作...

    C语言下proc程序设计教程

    例如，`/proc/&lt;pid&gt;/stat`文件包含了进程的统计信息，可以从中提取出CPU使用率。而某些情况下，如修改系统定时器间隔，可能需要调用`sysctl`函数。 在学习`/proc`程序设计时，理解Linux内核如何通过`/proc`接口暴露...

    Linux proc目录下子文件或子文件夹的作用

    ### Linux /proc 目录详解及其子文件或子文件夹的作用 #### 一、Linux /proc 目录简介 在Linux系统中，`/proc` 是一个...通过对 `/proc` 下各个子文件或子文件夹的详细了解和利用，可以有效地提高系统管理的能力。

    proc 官网中文教程

    - **监控系统状态**：通过读取`/proc`下的文件，可以获取系统资源使用情况，如CPU利用率、内存使用、磁盘I/O等。 - **调试和性能分析**：开发者可以利用`/proc`来查看进程的堆栈信息、打开文件描述符等，辅助进行...

    Linux资源管理器

    1. **CPU利用率**：通过读取/proc/stat文件，计算user、nice、system时间与(idle+irq)的比值，得到CPU利用率。 2. **内存信息**：从/proc/meminfo获取内存总量和可用内存，计算利用率。 3. **进程统计**：通过遍历/...

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