为什么ps看到的CPU使用率能大于100%

面试会遇到的一个问题，ps看到的CPU使用率能大于100%，有时候能准确的回答，是在排障的过程中确实见过大于100%的，那么ps命令是如果计算进程CPU使用率的呢？CPU利用率高是经常遇到的问题，常用的系统命令比如sar，pidstat ,mpstat是如何计算CPU使用率的？对于偶发的CPU高，使用ps能准确抓到CPU高的进程吗？

一、通俗的理解CPU使用率

CPU(central processing unit）中央处理器是计算机系统的运算和控制中心，我们写一段代码，经过编译汇编，最终翻译成CPU的指令，CPU就像是一个长跑运动员，我们的代码就像是指令卡，CPU拿着指令，来完成我们要做的事情，比如监听一个端口，读取网络上的数据包，应用程序返回响应；我们把CPU的计算能力比做运动员单位时间能跑的公里数，当前CPU利用率比做当前的单位时间运动员跑了多少除以他的最大能力。为了方便理解，用下面的饼图做一个形象的展示：

image

当然cpu并不是在单位时间内连续的完成一件事情，把相同的事情画到一个饼图方便展示CPU使用率的种类。

二、CPU使用率计算方法

CPU整体的使用率在文件/proc/stat中

stat文件内容

cpu一行依次代表：
name user nice system idle iowait irrq softirq steal guest guest_nice ,
CPU总时间 = user + system + nice + idle + iowait + irq + softirq
命令中看到的各个过程使用率为各个阶段处以总的时间，比如
%user = user/CPU总时间
使用stress命令打压力，两次文件对比，可以看到user状态的数字明显上涨：
stress -c 1

stress测试

top, sar, mpstat这些命令读取/proc/stat文件，根据命令参数的时间间隔采样文件数据，除以时间间隔，计算中最终的CPU使用率；对于单个进程的CPU使用情况，存在文件/proc/pid/stat，pidstat 这个命令会读取这个文件，计算进程使用的CPU使用情况；

三、实验模拟CPU高的场景

通过模拟单核和多核CPU跑满的情况，看下各个命令的处理结果

1.单核打满

go语言模拟单核CPU打满

package main
// CPU test
func main() {
        i := 0
        for {
        //fmt.Println(i)
        i++
        }
}

top命令结果

top-cpu使用图.png

PS命令结果

ps-cpu使用图.png

2.多核打满

多进程代码

package main
func CPU1()() {
        i := 0
        for {
        //fmt.Println(i)
        i++
        }
}
func CPU2()() {
        i := 0
        for {
        //fmt.Println(i)
        i++
        }
}
// CPU test
func main() {
        go CPU1()
        go CPU2()
        i := 0
        for {
        //fmt.Println(i)
        i++
        }
}

TOP结果图

top-cpu.png

PS 结果图

PS-CPU.png

可以看到 main进程占用了超过100% 的CPU
使用top命令查看

top -H

top-H结果.png

htop结果.png

mpstat结果

mpstat.png

四、结论

从多核CPU利用率的结果看到，如果进程使用了多个核，ps命令看到的进程使用率是每个核使用率相加，是会超过100%。
查看man ps中的解释，ps命令计算CPU使用率的方法是

 %cpu   %CPU      cpu utilization of the process in "##.#" format.  Currently, 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.  (alias pcpu).

可以看到，ps命令计算CPU使用率的是用CPU使用时间除以进程存活时间，ps算的是所有CPU使用率，而不是单个CPU使用率，所以相加是会大于100%的。
所以，如果要排查CPU使用率高的进程，使用ps并不能准备的反应出当前进程使用的情况，需要使用类似top，pidstat这种实时统计CPU使用率的工具查看。