linux 获取 CPU 使用信息

在 Shell 脚本中，我们可以通过 top -n 1 来获取，获取内容如下：



具体参数的意思在这里不做解释，我们主要看一下用 C 代码如何获取 CPU 的使用信息，达到命令 top 的目的。

先来了解一下内核维护的一个借口 /proc/stat 这个文件，使用命令 cat /proc/stat 得到内容如下：



cpu 一行从左到右参数的意思依次是（单位：jiffies）：

jiffies 是内核中的一个全局变量，用来记录自系统启动以来产生的节拍数，在 linux 中，一个节拍数大致可以理解为操作系统进程调度的最小时间片，不同 linux 内核可能值有不同，通常在 1ms 到 10ms 之间。

user（103769）：从系统启动开始累积到当前时刻，处于用户态的运行时间，不包含 nice 值为负进程的运行时间。

nice（0）：从系统启动开始累计到当前时刻，nice 值为负的进程所占用的 CPU 时间。

system（164913）：从系统启动开始累计到当前时刻，处于内核态的运行时间。

idle（1503325）：从系统启动开始累计到当前时刻，除 IO 等待时间以外的其它等待时间。

iowait（0）：从启动启动开始累计到当前时刻，IO 等待时间。（版本 2.5.41 后）

irq（0）：从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断时间。（版本 2.6.0 后）

softirq（15396）：从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间。（版本 2.6.0 后）

stealstolen（0）：which is the time spent in other operating systems when running in a virtualized environment.

guest (0)：which is the time spent running a virtual CPU for guest operating systems under the control of the Linux kernel.（版本 2.6.24 后）

总体运行时间：TotalCPUTime = user + nice + idle + iowait + irq + softirq + stealstolen + guest。

CPU 运行时间：UserCPUTime = TotalCPUTime - idle - iowait

C 代码实现：

// CPU 信息结构体typedef struct cpu
{
unsigned long long USR;
unsigned long long NIC;
unsigned long long SYS;
unsigned long long IDLE;
unsigned long long IOWAIT;
unsigned long long IRQ;
unsigned long long SOFTIRQ;
unsigned long long STEAL;
unsigned long long TOTAL;
unsigned long long USAGE;

double BOGOMIPS;
}CPU_INFO;
// 读取 CPU 信息static inline int readCpuInfo(CPU_INFO *cpu){
if ( NULL == cpu )
{
write_log("The parameter is NULL.");
return -1;
}
const char fmt[] = "cpu %llu %llu %llu %llu %llu %llu %llu %llu";
char line[LINE_LEN];
bzero(line, LINE_LEN);

FILE *stat = OPEN_FILE("/proc/stat", "r");
if (!fgets(line, LINE_LEN, stat) || line[0] != 'c' )
{
close(stat);
write_log("Read CPU infonation failed.");
return -1;
}
close(stat);

int ret = sscanf(line, fmt, cpu->USR, cpu->NIC, cpu->SYS,
cpu->IDLE, cpu->IOWAIT, cpu->IRQ, cpu->SOFTIRQ, cpu->STEAL);
if (ret >= 4)
{
cpu->TOTAL = cpu->USR + cpu->NIC + cpu->SYS + cpu->IDLE + cpu->IOWAIT
+ cpu->IRQ + cpu->SOFTIRQ + cpu->STEAL;
cpu->USAGE = cpu->TOTAL - cpu->IDLE - cpu->IOWAIT;
}
return ret;
}

// 通过 CPU 使用时间计算 CPU 的使用率
int getCpuUsageRates()
{
double usage = 0;
CPU_INFO pre_cpu;

if ( 4 > readCpuInfo(&pre_cpu) )
{
write_log("Get CPU info failed.");
return -1;
}

usleep(100000);

CPU_INFO cur_cpu;
if ( 4 > readCpuInfo(&cur_cpu) )
{
write_log("Get CPU info failed.");
return -1;
}

usage = (cur_cpu.USAGE - pre_cpu.USAGE)/(cur_cpu.TOTAL - pre_cpu.TOTAL) * 100;
return usage;
}

扩展：

一、获取进程使用 CPU 率，/proc/<pid>/stat 文件

该文件包含了某一进程所有的活动的信息，该文件中的所有值都是从系统启动开始累计到当前时刻。以下通
过实例数据来说明该文件中各个字段的含义。下面我们来看一下4081这个进程的详细信息：



从左到右各列的具体信息如下：
pid=4081
进程号
comm=atd
应用程序或者命令的名字
task_state=S
任务状态，R:running；S:sleeping；D:dist sleep；T：stop；T:tracing stop；Z:zombie；X:dead
ppid=1
父进程 ID
pgid=4081
线程组号
sid=4081
该进程所在的会话组 ID
tty_nr=0
该任务的tty终端的设备号，
tty_pgrp=-1
终端的进程组号，当前运行在该任务所在终端的前台任务
task->flags=4194624
进程标志位，查看该任务的特性
min_fit=93
该任务不需要从硬盘拷数据而发生的缺页（次缺页）的次数
cmin_fit=0
累计的改任务的所有的waited-fon进程曾经发生的次缺页的次数目
maj_fit=0
该任务需要从硬盘拷数据而发生的缺页（主缺页）的此数目
cmaj_fit=0
累计的该任务的所有的 waited-fon 进程曾经发生的主缺页的此数目
utime=0
该任务在用户态运行的时间，单位为 jiffies
stime=0
该任务在内核态运行的时间，单位为 jiffies
cutime=0
累计的该任务的所有的 waited-fon 进程曾经在用户态运行的时间，单位为 jiffies
cstime=0
累计的该任务的所有的 waited-fon 进程曾近在内核态运行的时间，单位为 jiffies
priority=18
任务的动态优先级
nice=0
任务的静态优先级
num_threads=1
该任务所在的线程组里的线程的个数
it_real_value=0
由于计算时间间隔导致的下一个 SIGALRM 发送进程的时延，以 jiffies 为单位
start_time=4449
该任务的启动时间大小，单位为 jiffies
vsize=2318336
该任务的虚拟地址空间大小
rss=111
该任务当前驻留物理地址空间的大小
rlim=4294967295
该任务驻留物理地址空间的最大值，单位为 bytes
start_code=3461120
该任务在虚拟地址空间的代码段的起始地址
end_code=3479704
该任务在虚拟地址空间的代码段的结束地址
start_stack=3215230176
该任务在虚拟地址空间栈的结束地址
kstkesp=3215229372
esp
(32 位堆栈指针) 的当前值, 与在进程的内核堆栈页得到的一致.
kstkeip=5280784
指向将要执行的指令的指针, EIP(32 位指令指针)的当前值.
pendingsig=0
待处理信号的位图，记录发送给进程的普通信号
block_sig=0
阻塞信号的位图
sigign=0
忽略的信号的位图
sigcatch=819
23 被俘获的信号的位图
wchan=0
如果该进程是睡眠状态，该值给出调度的调用点
nswap=0
被swapped的页数，当前没用
cnswap=0
所有子进程被swapped的页数的和，当前没用
exit_signal=17
该进程结束时，向父进程所发送的信号
task_cpu(task)=0
运行在哪个CPU上
task_rt_priority=0
实时进程的相对优先级别
task_policy=0
进程的调度策略，0=非实时进程，1=FIFO实时进程；2=RR实时进程

进程的总Cpu时间processCpuTime
= utime + stime + cutime + cstime，该值包括其所有线程的cpu时间

总的 CPU 使用率计算
计算方法：
1、采样两个足够短的时间间隔的Cpu快照，分别记作t1,t2，其中t1、t2的结构均为：
(user、nice、system、idle、iowait、irq、softirq、stealstolen、guest)的9元组;
2、计算总的Cpu时间片totalCpuTime
a) 把第一次的所有cpu使用情况求和，得到s1;
b) 把第二次的所有cpu使用情况求和，得到s
c) s2
- s1得到这个时间间隔内的所有时间片，即totalCpuTime = j2 - j1
;
3、计算空闲时间idle
idle对应第四列的数据，用第二次的第四列 - 第一次的第四列即可
idle=第二次的第四列 - 第一次的第四列
4、计算cpu使用率
pcpu =100* (total-idle)/total

某一进程 CPU 的使用率
计算方法：
1、 采样两个足够短的时间间隔的cpu快照与进程快照，
a) 每一个cpu快照均为(user、nice、system、idle、iowait、irq、softirq、stealstolen、guest)的9元组
b)
每一个进程快照均为 (utime、stime、cutime、cstime)的4元组；
2、分别根据结论2、结论3计算出两个时刻的总的cpu时间与进程的cpu时间，分别
作：totalCpuTime1、totalCpuTime2、processCpuTime1、processCpuTime2
3、计算该进程的cpu使用率
pcpu
= 100*( processCpuTime2 – processCpuTime1) / (totalCpuTime2 – totalCpuTime1)
(按100%计算，如果是多核情况下还需乘以cpu的个数)

参考博客：http://www.blogjava.net/fjzag/articles/317773.html