計算CPU利用率

一般來說對於需要大量cpu計算的進程，當前端壓力越大時，CPU利用率越高。但對於I/O網絡密集型的進程，即使請求很多，服務器的CPU也不一定很到，這時的服務瓶頸一般是在磁盤的I/O上。比較常見的就是，大文件頻繁讀寫的cpu開銷遠小於小文件頻繁讀寫的開銷。因為在I/O吞吐量一定時，小文件的讀寫更加頻繁，需要更多的cpu來處理I/O的中斷。

在Linux/Unix下，CPU利用率分為用戶態，系統態和空閒態，分別表示CPU處於用戶態執行的時間，系統內核執行的時間，和空閒系統進程執行的時間。平時所說的CPU利用率是指：
CPU執行非系統空閒進程的時間 / CPU總的執行時間。

在Linux的內核中，有一個全局變量：Jiffies。Jiffies代表時間。它的單位隨硬件平台的不同而不同。系統裡定義了一個常數HZ，代表每秒種最小時間間隔的數目，這個值可以在內核編譯的時候修改。這樣jiffies的單位就是1/HZ。Intel平台jiffies的單位是1/100秒，這就是系統所能分辨的最小時間間隔了。這裡以jiffies為1/100秒為例。每個CPU時間片，Jiffies都要加1。CPU的利用率就是用執行用戶態+系統態的Jiffies除以總的Jifffies來表示。

在Linux系統中，可以用/proc/stat文件來計算cpu的利用率。這個文件包含了所有CPU活動的信息，該文件中的所有值都是從系統啟動開始累計到當前時刻。
如：
[test@pc1 ~]$ cat /proc/stat
cpu 432661 13295 86656 422145968 171474 233 5346
cpu0 123075 2462 23494 105543694 16586 0 4615
cpu1 111917 4124 23858 105503820 69697 123 371
cpu2 103164 3554 21530 105521167 64032 106 334
cpu3 94504 3153 17772 105577285 21158 4 24
intr 1065711094 1057275779 92 0 6 6 0 4 0 3527 0 0 0 70 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7376958 0 0 0 0 0 0 0 1054602 0 0 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ctxt 19067887
btime 1139187531
processes 270014
procs_running 1
procs_blocked 0

輸出解釋
CPU以及CPU0、CPU1、CPU2、CPU3每行的每個參數意思（以第一行為例）為：
參數解釋
user (432661) 從系統啟動開始累計到當前時刻，用戶態的CPU時間（單位：jiffies），不包含nice值為負的進程。
nice (13295) 從系統啟動開始累計到當前時刻，nice值為負的進程所占用的CPU時間（單位：jiffies）
system (86656) 從系統啟動開始累計到當前時刻，核心時間（單位：jiffies）
idle (422145968) 從系統啟動開始累計到當前時刻，除硬盤IO等待時間以外其它等待時間（單位：jiffies）
iowait (171474) 從系統啟動開始累計到當前時刻，硬盤IO等待時間（單位：jiffies）
irq (233) 從系統啟動開始累計到當前時刻，硬中斷時間（單位：jiffies）
softirq (5346) 從系統啟動開始累計到當前時刻，軟中斷時間（單位：jiffies）

CPU時間=user+system+nice+idle+iowait+irq+softirq 

“intr”這行給出中斷的信息，第一個為自系統啟動以來，發生的所有的中斷的次數；然後每個數對應一個特定的中斷自系統啟動以來所發生的次數。
“ctxt”給出了自系統啟動以來CPU發生的上下文交換的次數。
“btime”給出了從系統啟動到現在為止的時間，單位為秒。
“processes (total_forks) 自系統啟動以來所創建的任務的個數目。
“procs_running”：當前運行隊列的任務的數目。
“procs_blocked”：當前被阻塞的任務的數目。

那麼CPU利用率可以使用以下兩個方法。先取兩個采樣點，然後計算其差值：
cpu usage=(idle2-idle1)/(cpu2-cpu1)*100
cpu usage=[(user_2 +sys_2+nice_2) - (user_1 + sys_1+nice_1)]/(total_2 - total_1)*100

以下用分別用bash和perl做的一個cpu利用率的計算：

total_0=USER[0]+NICE[0]+SYSTEM[0]+IDLE[0]+IOWAIT[0]+IRQ[0]+SOFTIRQ[0]
total_1=USER[1]+NICE[1]+SYSTEM[1]+IDLE[1]+IOWAIT[1]+IRQ[1]+SOFTIRQ[1]
cpu usage=(IDLE[0]-IDLE[1]) / (total_0-total_1) * 100

### bash實現

#!/bin/sh
## echo user nice system idle iowait irq softirq
CPULOG_1=$(cat /proc/stat | grep 'cpu ' | awk '{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}')
SYS_IDLE_1=$(echo $CPULOG_1 | awk '{print $4}')
Total_1=$(echo $CPULOG_1 | awk '{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}')
sleep 1
CPULOG_2=$(cat /proc/stat | grep 'cpu ' | awk '{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}')
SYS_IDLE_2=$(echo $CPULOG_2 | awk '{print $4}')
Total_2=$(echo $CPULOG_2 | awk '{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}')
SYS_IDLE=`expr $SYS_IDLE_2 - $SYS_IDLE_1`
Total=`expr $Total_2 - $Total_1`
SYS_USAGE=`expr $SYS_IDLE/$Total*100 |bc -l`
SYS_Rate=`expr 100-$SYS_USAGE |bc -l`
Disp_SYS_Rate=`expr "scale=3; $SYS_Rate/1" |bc`
echo $Disp_SYS_Rate% 

###perl實現 

#!/usr/bin/perl
use warnings;
$SLEEPTIME=5;
if (-e "/tmp/stat") {
    unlink "/tmp/stat";
}
open (JIFF_TMP, ">>/tmp/stat") || die "Can't open /proc/stat file!\n";
open (JIFF, "/proc/stat") || die "Can't open /proc/stat file!\n";
@jiff_0=<JIFF>;
print JIFF_TMP $jiff_0[0] ;
close (JIFF);
sleep $SLEEPTIME;
open (JIFF, "/proc/stat") || die "Can't open /proc/stat file!\n";
@jiff_1=<JIFF>;
print JIFF_TMP $jiff_1[0];
close (JIFF);
close (JIFF_TMP);

@USER=`awk '{print \$2}' "/tmp/stat"`;
@NICE=`awk '{print \$3}' "/tmp/stat"`;
@SYSTEM=`awk '{print \$4}' "/tmp/stat"`;
@IDLE=`awk '{print \$5}' "/tmp/stat"`;
@IOWAIT=`awk '{print \$6}' "/tmp/stat"`;
@IRQ=`awk '{print \$7}' "/tmp/stat"`;
@SOFTIRQ=`awk '{print \$8}' "/tmp/stat"`;

$JIFF_0=$USER[0]+$NICE[0]+$SYSTEM[0]+$IDLE[0]+$IOWAIT[0]+$IRQ[0]+$SOFTIRQ[0];
$JIFF_1=$USER[1]+$NICE[1]+$SYSTEM[1]+$IDLE[1]+$IOWAIT[1]+$IRQ[1]+$SOFTIRQ[1];
$SYS_IDLE=($IDLE[0]-$IDLE[1]) / ($JIFF_0-$JIFF_1) * 100;
$SYS_USAGE=100 - $SYS_IDLE;
printf ("The CPU usage is %1.2f%%\n",$SYS_USAGE);