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