在Linux中准确计算以百分比表示的CPU使用率？
在Linux中准确计算以百分比表示的CPU使用率？
这是一个经常被问到的问题，但我找不到一个有充分支持的答案。\n很多人建议使用top命令，但如果你运行一次top命令（比如因为你有一个脚本每秒收集CPU使用率），它将始终给出相同的CPU使用率结果（参考示例1，示例2）。\n一个更准确的计算CPU使用率的方法是从/proc/stat读取值，但大多数答案只使用/proc/stat的前4个字段来计算（一个例子在这里）。\nLinux内核2.6.33版本之后，每个CPU核心的/proc/stat有10个字段！\n我还发现了这个问题：使用/proc/stat在Linux中准确计算CPU利用率，它指出了同样的问题，-大多数其他问题只考虑了其中4个字段-但仍然给出的答案以“我认为”开头（不确定），而且除此之外，它只关注了/proc/stat中的前7个字段（共有10个字段）。\n这个Perl脚本使用所有字段来计算CPU使用率，但经过进一步调查，我认为这也不正确。\n在这里快速查看内核代码后，看起来例如guest_nice和guest字段总是与nice和user一起增加（所以它们不应该被包括在CPU使用率计算中，因为它们已经包含在nice和user字段中）\n在Linux中准确计算CPU使用率的方法是什么，应该如何考虑这些字段以及如何计算（哪些字段归因于空闲时间，哪些字段归因于非空闲时间）？
问题的出现原因是原作者想要准确计算Linux系统中CPU的使用率，但是发现之前使用的Vangelis Tasoulas的公式并不准确。为了解决这个问题，原作者编写了一个小的Python脚本来计算CPU使用率，并将代码附在了回答中。
以下是原作者编写的Python代码：
#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-
'''
Created on 04.12.2014
: plagtag
'''
from time import sleep
import sys
class GetCpuLoad(object):
'''
classdocs
'''
def __init__(self, percentage=True, sleeptime = 1):
'''
class: GetCpuLoad
: 04.12.2014
: plagtag
:
:
: CPU load in percentage
'''
self.percentage = percentage
self.cpustat = '/proc/stat'
self.sep = ' '
self.sleeptime = sleeptime
def getcputime(self):
'''
http://stackoverflow.com/questions/23367857
read in cpu information from file
The meanings of the columns are as follows, from left to right:
0cpuid: number of cpu
1user: normal processes executing in user mode
2nice: niced processes executing in user mode
3system: processes executing in kernel mode
4idle: twiddling thumbs
5iowait: waiting for I/O to complete
6irq: servicing interrupts
7softirq: servicing softirqs
#the formulas from htop
user nice system idle iowait irq softirq steal guest guest_nice
cpu 74608 2520 24433 1117073 6176 4054 0 0 0 0
Idle=idle+iowait
NonIdle=user+nice+system+irq+softirq+steal
Total=Idle+NonIdle # first line of file for all cpus
CPU_Percentage=((Total-PrevTotal)-(Idle-PrevIdle))/(Total-PrevTotal)
'''
cpu_infos = {} #collect here the information
with open(self.cpustat,'r') as f_stat:
lines = [line.split(self.sep) for content in f_stat.readlines() for line in content.split('\n') if line.startswith('cpu')]
#compute for every cpu
for cpu_line in lines:
if '' in cpu_line: cpu_line.remove('')#remove empty elements
cpu_line = [cpu_line[0]]+[float(i) for i in cpu_line[1:]]#type casting
cpu_id,user,nice,system,idle,iowait,irq,softrig,steal,guest,guest_nice = cpu_line
Idle=idle+iowait
NonIdle=user+nice+system+irq+softrig+steal
Total=Idle+NonIdle
#update dictionionary
cpu_infos.update({cpu_id:{'total':Total,'idle':Idle}})
return cpu_infos
def getcpuload(self):
'''
CPU_Percentage=((Total-PrevTotal)-(Idle-PrevIdle))/(Total-PrevTotal)
'''
start = self.getcputime()
#wait a second
sleep(self.sleeptime)
stop = self.getcputime()
cpu_load = {}
for cpu in start:
Total = stop[cpu]['total']
PrevTotal = start[cpu]['total']
Idle = stop[cpu]['idle']
PrevIdle = start[cpu]['idle']
CPU_Percentage=((Total-PrevTotal)-(Idle-PrevIdle))/(Total-PrevTotal)*100
cpu_load.update({cpu: CPU_Percentage})
return cpu_load
if __name__=='__main__':
x = GetCpuLoad()
while True:
try:
data = x.getcpuload()
print data
except KeyboardInterrupt:
sys.exit("Finished")
然而，不幸的是，这个方法似乎并不准确，原作者在问题中提到了这个问题，并附上了他在Stack Overflow上的问题链接。
准确计算Linux中给出的CPU使用率的原因是，通过读取/proc/stat文件可以获取系统中每个CPU核心的使用情况，包括用户态、系统态、空闲态等状态的时间。然后根据两个时间点的数据，计算出CPU的利用率。
解决方法是通过编写一个bash脚本，使用以下步骤：
1. 获取脚本的参数，即测量的时间间隔。
2. 获取当前时间点的日期和/proc/stat文件的内容。
3. 通过sleep命令等待指定的时间间隔。
4. 获取当前时间点的日期和/proc/stat文件的内容。
5. 使用grep命令过滤出包含"cpu"的行，并使用awk命令提取出各个字段的值。
6. 计算出两个时间点的各个字段的差值，得到CPU的利用率。
7. 如果是总体的利用率，则输出"total "和利用率值；否则，输出CPU核心的编号和利用率值。
以下是完整的脚本代码：
#!/bin/sh
sleepDurationSeconds=$1
previousDate=$(date +%s%N | cut -b1-13)
previousStats=$(cat /proc/stat)
sleep $sleepDurationSeconds
currentDate=$(date +%s%N | cut -b1-13)
currentStats=$(cat /proc/stat)
cpus=$(echo "$currentStats" | grep -P 'cpu' | awk -F " " '{print $1}')
for cpu in $cpus
do
currentLine=$(echo "$currentStats" | grep "$cpu ")
user=$(echo "$currentLine" | awk -F " " '{print $2}')
nice=$(echo "$currentLine" | awk -F " " '{print $3}')
system=$(echo "$currentLine" | awk -F " " '{print $4}')
idle=$(echo "$currentLine" | awk -F " " '{print $5}')
iowait=$(echo "$currentLine" | awk -F " " '{print $6}')
irq=$(echo "$currentLine" | awk -F " " '{print $7}')
softirq=$(echo "$currentLine" | awk -F " " '{print $8}')
steal=$(echo "$currentLine" | awk -F " " '{print $9}')
guest=$(echo "$currentLine" | awk -F " " '{print $10}')
guest_nice=$(echo "$currentLine" | awk -F " " '{print $11}')
previousLine=$(echo "$previousStats" | grep "$cpu ")
prevuser=$(echo "$previousLine" | awk -F " " '{print $2}')
prevnice=$(echo "$previousLine" | awk -F " " '{print $3}')
prevsystem=$(echo "$previousLine" | awk -F " " '{print $4}')
previdle=$(echo "$previousLine" | awk -F " " '{print $5}')
previowait=$(echo "$previousLine" | awk -F " " '{print $6}')
previrq=$(echo "$previousLine" | awk -F " " '{print $7}')
prevsoftirq=$(echo "$previousLine" | awk -F " " '{print $8}')
prevsteal=$(echo "$previousLine" | awk -F " " '{print $9}')
prevguest=$(echo "$previousLine" | awk -F " " '{print $10}')
prevguest_nice=$(echo "$previousLine" | awk -F " " '{print $11}')
PrevIdle=$((previdle + previowait))
Idle=$((idle + iowait))
PrevNonIdle=$((prevuser + prevnice + prevsystem + previrq + prevsoftirq + prevsteal))
NonIdle=$((user + nice + system + irq + softirq + steal))
PrevTotal=$((PrevIdle + PrevNonIdle))
Total=$((Idle + NonIdle))
totald=$((Total - PrevTotal))
idled=$((Idle - PrevIdle))
CPU_Percentage=$(awk "BEGIN {print ($totald - $idled)/$totald*100}")
if [[ "$cpu" == "cpu" ]]; then
echo "total "$CPU_Percentage
else
echo $cpu" "$CPU_Percentage
fi
done
使用以上脚本，可以通过命令`bash get_cpu_usage.sh 0.2`来运行，并且输出每个CPU核心的利用率以及总体的利用率。
准确计算Linux中的CPU使用率的问题出现的原因是代码中的计算方法存在问题。解决方法是修改计算方法，按照正确的算法进行计算。
根据htop源代码中的函数`static inline double LinuxProcessList_scanCPUTime(LinuxProcessList* this)`可以看出，我的假设是正确的：
// Guest time is already accounted in usertime usertime = usertime - guest; nicetime = nicetime - guestnice; // Fields existing on kernels >= 2.6 // (and RHEL's patched kernel 2.4...) unsigned long long int idlealltime = idletime + ioWait; unsigned long long int systemalltime = systemtime + irq + softIrq; unsigned long long int virtalltime = guest + guestnice; unsigned long long int totaltime = usertime + nicetime + systemalltime + idlealltime + steal + virtalltime;
根据`/proc/stat`文件的第一行的字段，我们可以算出CPU的使用率百分比：
PrevIdle = previdle + previowait Idle = idle + iowait PrevNonIdle = prevuser + prevnice + prevsystem + previrq + prevsoftirq + prevsteal NonIdle = user + nice + system + irq + softirq + steal PrevTotal = PrevIdle + PrevNonIdle Total = Idle + NonIdle # differentiate: actual value minus the previous one totald = Total - PrevTotal idled = Idle - PrevIdle CPU_Percentage = (totald - idled)/totald
作者提供了一个基于这个答案创建的小例子程序，可以在github.com/scaidermern/top-processes上找到。可以免费使用，它的许可证是CC0。
根据这个帖子unix.stackexchange.com/a/303224，我认为iowait状态是不可中断的状态，所以更实际的做法是将其计入“非空闲”状态，而不是计入空闲状态。
根据这个帖子，根据这个帖子，根据这个帖子，应该将guest和guest_nice添加到NonIdle中。正如在Vangelus的回答中所提到的，Guest time is already accounted in usertime。
但是，这种方法不起作用，我的CPU使用率是80%，但结果显示为1.0到8.0。