1、簡介
存儲、內(nèi)存和 CPU（中央處理器）等系統(tǒng)資源不足會極大地影響應(yīng)用程序的性能。因此，監(jiān)控這些組件至關(guān)重要。
與磁盤和內(nèi)存不同，監(jiān)控 Linux 系統(tǒng)上的 CPU 使用率并不那么簡單。在本文中，我們將了解如何解釋 CPU 指標(biāo)并以人類可讀的格式顯示它們。
- CPU 負載與 CPU 使用率
盡管 CPU 負載和 CPU 使用率聽起來很相似，但它們是不可互換的。CPU 負載定義為在單個時間點使用或等待使用一個內(nèi)核的進程數(shù)。
假設(shè)我們有一個單核系統(tǒng)，我們的 CPU 平均負載始終低于 0.6。這表明每個需要使用 CPU 的進程都可以立即使用它，而無需等待。如果 CPU 平均負載大于 1，則表示有進程需要使用 CPU，但由于 CPU 不可用，目前無法使用。
但是，多處理器系統(tǒng)中高于 1 的平均負載不會成為問題，因為有更多內(nèi)核可用。
uptime命令為我們提供了以 1、5 和 15 分鐘為間隔的平均負載視圖：
[root@localhost ~]# uptime
12:40:05 up 2:29, 1 user, load average: 0.37, 0.08, 0.03
如果不知道系統(tǒng)的核心數(shù)，就無法解釋平均負載：
# cat /proc/cpuinfo |grep core
core id : 0
cpu cores : 1
# cat /proc/cpuinfo |grep core
core id : 0
cpu cores : 2
core id : 0
cpu cores : 2
core id : 1
cpu cores : 2
core id : 1
cpu cores : 2
另一方面，CPU 使用率是 CPU 處理非空閑任務(wù)所花費的時間百分比。CPU 使用率只能在指定的時間間隔內(nèi)測量。我們可以通過將空閑時間的百分比從 100 中減去來確定 CPU 使用率。
3.計算CPU使用率
3.1 使用vmstat獲取 CPU 使用率
vmstat命令近乎實時地顯示 CPU 活動：
# vmstat 3 4
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
4 0 0 1347080 6120 941464 0 0 68 11 72 137 1 2 97 0 0
1 0 0 1347080 6120 941464 0 0 0 0 84 157 1 2 97 0 0
1 0 0 1347080 6120 941464 0 0 0 0 59 107 1 1 98 0 0
1 0 0 1347080 6120 941464 0 0 0 1 59 104 1 1 98 0 0
CPU 下的列提供了處理器時間花費在哪里的概覽：
us –運行非內(nèi)核代碼所花費的時間
sy -運行內(nèi)核代碼所花費的時間
id –空閑時間
wa –等待 I/O 所花費的時間
st -從虛擬機中竊取時間
id列是我們感興趣的。延遲一秒，我們使用 vmstat 計算CPU使用率：
[root@localhost ~]# echo "CPU Usage: "$[100-$(vmstat 1 2|tail -1|awk '{print $15}')]"%"
CPU Usage: 2%
沒有提供任何參數(shù)的vmstat命令將給出自引導(dǎo)以來的 CPU 時間。這不會提供準(zhǔn)確的 CPU 使用百分比。因此，參數(shù)只能是 1 和 2，我們采用一秒鐘后計算的指標(biāo)：
# vmstat 1 2
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
0 0 0 299948 439704 2817632 0 0 24 80 0 1 3 1 96 0 0
0 0 0 299388 439716 2817624 0 0 52 0 12639 24736 1 1 98 0 0
3.2. 使用/proc/stat獲取 CPU 使用率
CPU 活動也可以從/proc/stat文件中提取。該文件包含自啟動以來有關(guān)系統(tǒng)的各種指標(biāo)：
#cat /proc/stat
cpu 65367628 953 22932463 2375856549 2197237 0 1946432 0 0 0
cpu0 17476419 247 6017418 592188525 448421 0 551235 0 0 0
cpu1 15205823 274 5377711 595458052 609782 0 460967 0 0 0
cpu2 17714818 235 6120189 592488511 582748 0 487777 0 0 0
cpu3 14970567 195 5417144 595721459 556284 0 446450 0 0 0
intr 19254483325 128 9 0 0 524 0 3 0 146 0 0 21 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 27 0 63657576 2 241449792 165587438 238303338 155312300 253683406 161946028 268992893 187313418 0 7268232 0 18751463 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 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 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
ctxt 173337668793
btime 1648457167
processes 57320268
procs_running 2
procs_blocked 0
softirq 12000130905 1 1247219541 0 1075777327 82816139 0 5752561 2548585639 372991 2744639410
第一行， 'cpu' 是系統(tǒng)所有核心指標(biāo)的聚合。在具有 4 個內(nèi)核的系統(tǒng)上，將有 4條cpu線——cpu0、cpu1、cpu2和cpu3。' cpu ' 行中的列表示處理不同任務(wù)所花費的時間：
user – 在用戶模式下花費的時間
nice – 在用戶模式下處理 nice 進程所花費的時間
system – 執(zhí)行內(nèi)核代碼所花費的時間
idle - 空閑時間
iowait – 等待 I/O 所花費的時間
irq - 服務(wù)中斷所花費的時間
softirq – 服務(wù)軟件中斷所花費的時間
steal —從虛擬機中竊取的時間
guest - 為來賓操作系統(tǒng)運行虛擬 CPU 所花費的時間
guest_nice – 為“不錯的”客戶操作系統(tǒng)運行虛擬 CPU 所花費的時間
我們將使用這些指標(biāo)來計算平均空閑百分比。隨后，我們將使用計算值來計算 CPU 使用率。需要注意的是，較舊的 Linux 發(fā)行版不計算竊取、來賓或來賓_nice指標(biāo)。如果我們使用的是舊系統(tǒng)，我們會在計算中忽略這些指標(biāo)：
平均空閑時間 (%) = (idle * 100) / (user + nice + system + idle + iowait + irq + softirq +steal + guest + guest_nice)
cat /proc/stat |grep cpu |tail -1|awk '{print ($5*100)/($2+$3+$4+$5+$6+$7+$8+$9+$10)}'|awk '{print "CPU Usage: " 100-$1}'
CPU Usage: 2.4219
由于我們正在開發(fā)單核系統(tǒng)，因此“cpu”行將與“cpu1 ”相同。因此，tail -1 的使用是 只檢索其中一行。然而，我們會在多處理器系統(tǒng)上使用“ cpu ”行，因為它是所有內(nèi)核上的指標(biāo)的集合。
3.3. 使用top獲取 CPU 使用率
通常，top命令通常用于顯示系統(tǒng)上的活動進程以及這些進程消耗了多少資源。不過，我們可以使用這個命令來測量 CPU 的狀態(tài)：
# top
top - 07:08:31 up 2:41, 1 user, load average: 0.00, 0.00, 0.00
Tasks: 322 total, 2 running, 320 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 10.0 us, 15.0 sy, 0.0 ni, 97.8 id, 0.0 wa, 5.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
MiB Mem : 3709.4 total, 1483.1 free, 1402.0 used, 824.4 buff/cache
MiB Swap: 2048.0 total, 2048.0 free, 0.0 used. 2053.4 avail Mem
-n選項是top命令在結(jié)束前應(yīng)該使用的迭代次數(shù)。我們避免使用第一個循環(huán)，因為我們檢索的指標(biāo)將是自啟動以來的值。因此，我們進行了第二次迭代。
或者，在多處理器系統(tǒng)中，我們必須將給定的“ id”值除以內(nèi)核數(shù)，然后從 100 中減去該值。例如，如果我們在四核系統(tǒng)上運行，并且“ id ”值為 304%，我們將 CPU 使用率計算為：
CPU 使用率 % = 100 – (304/4)
[root@localhost ~]# top -bn2 | grep '%Cpu' | tail -1 | grep -P '(....|...) id,'|awk '{print "CPU Usage: " 100-($8/4) "%"}'
4.結(jié)論
在本文中，我們討論了 CPU 使用率和 CPU 負載之間的區(qū)別。許多人交替使用這兩個概念，這是不正確的。之后，我們深入研究了用于檢索 CPU 利用率指標(biāo)的各種方法。
