区分CPU负载和CPU利用率

目录

• 一、简介
• 二、CPU负载和CPU使用率
• 三、计算CPU使用率
  • 3.1 使用vmstat获取CPU使用率
  • 3.2 使用/proc/stat获取CPU使用率
  • 3.3 使用top获取CPU使用率
• 四、结论

一、简介

存储、内存和CPU（中央处理器）等系统资源不足会极大地影响应用程序的性能。因此，监控这些组件至关重要！

与磁盘和内存不同，监控Linux系统上的CPU使用率并不那么简单。在这篇博文中，我们将了解如何解释CPU指标并以人类可读的格式显示它们。

二、CPU负载和CPU使用率

尽管CPU负载和CPU使用率听起来很相似，但它们是不可互换的。CPU负载定义在单个时间点使用或等待一个内核的进程数！

假设我们有一个单核系统，我们的CPU平均负载始终低于0.6。那么表示每个需要CPU的进程都可以立即使用它，而无需等待。如果CPU平均负载大于1，则表示有进程需要使用CPU，但由于CPU不可用，目前无法使用！

但是，多处理器系统中高于1的平均负载不会成为问题，因为有更多内核可用。

uptime命令为我们提供了以1、5和15分钟为间隔的平均负载视图：

$ uptime
 12:40:05 up  2:29,  1 user,  load average: 0.37, 0.08, 0.03

如果不知道系统的核心数，就无法解释平均负载：

$ cat /proc/cpuinfo |grep core
core id        : 0
cpu cores    : 1

另一方面，CPU使用率是CPU处理非空闲任务所花费的时间百分比！CPU使用率只能在指定的时间间隔内测量。我们可以通过将空闲时间的百分比从100中减去来确定CPU使用率。

三、计算CPU使用率

3.1 使用vmstat获取CPU使用率

vmstat命令近乎实时地显示CPU活动：

$ 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 下的列提供了处理器时间花费在哪里的概览：

• us –运行非内核代码所花费的时间；
• sy -运行内核代码所花费的时间；
• id –空闲时间；
• wa –等待 I/O 所花费的时间；
• st -从虚拟机中窃取时间；

id列是我们感兴趣的。延迟一秒，我们使用vmstat计算CPU使用率：

$ echo "CPU Usage: "$[100-$(vmstat 1 2|tail -1|awk '{print $15}')]"%"
CPU Usage: 2%

没有提供任何参数的vmstat命令将给出自引导以来的 CPU 时间。这不会提供准确的 CPU 使用百分比。因此，参数只能是 1 和 2，我们采用一秒钟后计算的指标：

$ vmstat 1 2

3.2 使用/proc/stat获取CPU使用率

CPU活动也可以从/proc/stat文件中获取。该文件包含自启动以来有关系统的各种指标：

$ cat /proc/stat 
cpu  3020 28 1863 22404 35 432 47 0 0 0
cpu0 3020 28 1863 22404 35 432 47 0 0 0
intr 96468 28 100 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1263 0 0 0 3696 0 153 928 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 207 0 41 14600 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 343 97 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 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 340950
btime 1628404433
processes 3276
procs_running 2
procs_blocked 0
softirq 112867 1 16857 56 269 510 0 261 0 0 94913

第一行， cpu 是系统所有核心指标的聚合。在具有 4 个内核的系统上，将有 4条cpu线——cpu0、cpu1、cpu2和cpu3。cpu 行中的列表示处理不同任务所花费的时间：

• user – 在用户模式下花费的时间；

• nice – 在用户模式下处理 nice 进程所花费的时间；

• system – 执行内核代码所花费的时间；

• idle - 空闲时间；

• iowait – 等待 I/O 所花费的时间；

• irq - 服务中断所花费的时间；

• softirq – 服务软件中断所花费的时间；

• steal —从虚拟机中窃取的时间；

• guest - 为来宾操作系统运行虚拟 CPU 所花费的时间；

• guest_nice – 为不错的客户操作系统运行虚拟 CPU 所花费的时间；

我们将使用这些指标来计算平均空闲百分比。随后，我们将使用计算值来计算 CPU 使用率。需要注意的是，较旧的 Linux 发行版不计算窃取、来宾或来宾_nice指标。如果我们使用的是旧系统，我们会在计算中忽略这些指标：

平均空闲时间 (%) = (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

由于我们正在开发单核系统，因此cpu行将与cpu1相同。因此，tail -1 的使用是只检索其中一行。然而，我们会在多处理器系统上使用cpu行，因为它是所有内核上的指标的集合。

3.3 使用top获取CPU使用率

通常，top命令通常用于显示系统上的活动进程以及这些进程消耗了多少资源。不过，我们可以使用这个命令来测量 CPU 的状态：

$ 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 

此外，需要注意的是，top命令显示了单个内核的 CPU 百分比。在多处理器系统中，CPU 百分比可能超过 100%。例如，如果 4 个核心为 75%，top命令将显示 CPU 为 300%。

我们需要获取空闲时间的值，以便我们可以从 100 中减去它来获得使用情况：

$ top -bn2 | grep '%Cpu' | tail -1 | grep -P '(....|...) id,'|awk '{print "CPU Usage: " 100-$8 "%"}'
CPU Usage: 2.2%

-n选项是top命令在结束前应该使用的迭代次数。我们避免使用第一个循环，因为我们检索的指标将是自启动以来的值。因此，我们进行了第二次迭代。

或者，在多处理器系统中，我们必须将给定的id值除以内核数，然后从 100 中减去该值。例如，如果我们在四核系统上运行，并且id值为 304%，我们将 CPU 使用率计算为：

CPU 使用率 % = 100 – (304/4)
$ top -bn2 | grep '%Cpu' | tail -1 | grep -P '(....|...) id,'|awk '{print "CPU Usage: " 100-($8/4) "%"}'

四、结论

在本博文中，我们讨论了 CPU 使用率和 CPU 负载之间的区别。许多人交替使用这两个概念，这是不正确的。之后，我们深入研究了用于检索 CPU 利用率指标的各种方法。

链接：https://www.baeldung.com/linux/get-cpu-usage