一文秒懂CPU使用率

CPU：Cores, and Hyper-Threading

超线程（Hyper-Threading ）

超线程是Intel最早提出一项技术，最早出现在2002年的Pentium4上。单个采用超线程的CPU对于操作系统来说就像有两个逻辑CPU，为此P4处理器需要多加入一个Logical CPU Pointer（逻辑处理单元）。

虽然采用超线程技术能同时执行两个线程，但它并不像两个真正的CPU那样，每个CPU都具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂时停止，并让出资源，直到这些资源闲置后才能继续。因此超线程的性能并不等于两颗CPU的性能。

多核（multi-cores）

最开始CPU只有一个核（core），为了提高性能，引入了双核CPU，四核CPU等，双核CPU能同时执行两个线程。和超线程不同的是，双核CPU是实打实的有两个central processing units在一个CPU chip。

上图显示主板上有1个插槽（socket），这个插槽插着一个CPU，这个CPU有4个核（core），每个核都使用超线程技术，所以这台机器总共有8个逻辑核。

CPU使用率计算

CPU使用率测试

一台拥有8个logic core CPU的机器，执行如下程序：

该程序开启9个线程每个线程都执行一个死循环。执行后用top查看cpu使用情况：

可以看到cputest的CPU使用情况为800%，也就是8个logic core都在执行cputest这个进程。

而在一个只有1个logic的CPU上跑的结果如下：

可以看到，纵使开启了9个线程，每个线程都执行死循环，CPU使用率只有97.7%。

如何计算CPU使用率

以上截取自man top中对于CPU使用率的定义，总结来说某个进程的CPU使用率就是这个进程在一段时间内占用的CPU时间占总的CPU时间的百分比。

比如某个开启多线程的进程1s内占用了CPU0 0.6s, CPU1 0.9s, 那么它的占用率是150%。这样就不难理解上例中cputest进程CPU占用率为800%这个结果了。

实现CPU使用率统计程序

某进程cpu使用率 = 该进程cpu时间 / 总cpu时间。

/proc/pid/stat中可以得出进程自启动以来占用的cpu时间。以bash进程为例:

第14项utime和第15项stime分别表示bash自启动起来，执行用户代码态占用的时间和执行内核态代码占用的时间，单位是clock tick，clock tick是时间单位。这两项的详细解释如下（摘自man proc）：

每个clock tick占用多少时间呢？

可以通过sysconf(_SC_CLK_TCK)获取1秒内有多少个clock tick（通常是100）。也就是说1 clock tick为1 / 100秒。

有了上面的基础，

我们可以每隔period秒读取/proc/pid/stat，解析其中的utime和stime，将其和(utime+stime)减去上一次采样时这两项的和(lastutime + laststime)，这就是period秒内该进程占用CPU的时间，单位为clock tick。

总的CPU时间为period * sysconf(_SC_CLK_TCK)，单位也为clock tick。

所以公式如下：

某进程cpu使用率 = ((utime+stime) - (lastutime + laststime)) / period * sysconf(_SC_CLK_TCK)

以下是实现：

代码很简单，每隔两秒采一次样，计算这两秒内指定进程的CPU使用率。

为了测试，先将前文的cputest运行起来，该程序会占满8个logic core。

./cputest &，然后top看下CPU使用率，大约占用了800%的CPU。

接着用我们的自己的写的程序看下，pid是867，

./cpumon 867

可以看到每隔两秒都会计算一次，使用率略低于800%，也可以理解，因为现在cpumon也会占用一定的CPU时间。

参考资料：https://www.howtogeek.com/194756/cpu-basics-multiple-cpus-cores-and-hyper-threading-explained/

原文：https://www.cnblogs.com/gatsby123/p/11127158.html