linux下用/proc/stat文件来计算cpu的利用率(附源码)

注：本文思想借鉴博客http://www.blogjava.net/fjzag/articles/317773.html，源码为自己写的。本着尊重原创的目的请大家看他的博客，学的更多！

proc文件系统介绍

    /proc文件系统是一个伪文件系统，它只存在内存当中，而不占用外存空间。它以文件系统的方式为内核与进程提供通信的接口。用户和应用程序可以通过/proc得到系统的信息，并可以改变内核的某些参数。由于系统的信息，如进程，是动态改变的，所以用户或应用程序读取/proc目录中的文件时，proc文件系统是动态从系统内核读出所需信息并提交的。
    /proc目录中有一些以数字命名的目录，它们是进程目录。系统中当前运行的每一个进程在/proc下都对应一个以进程号为目录名的目录/proc/pid，它们是读取进程信息的接口。此外，在Linux2.6.0-test6以上的版本中/proc/pid目录中有一个task目录，/proc/pid/task目录中也有一些以该进程所拥有的线程的线程号命名的目录/proc/pid/task/tid，它们是读取线程信息的接口。

/proc/stat文件

[cpp]
view plain
copy

  

[cpp]
view plain
copy

[root@root c_study]# cat /proc/stat   
cpu  15579 99 13680 698457 10939 40 651 0 0  
cpu0 1669 7 1974 338065 1396 5 9 0 0  
cpu1 13910 91 11705 360391 9542 35 641 0 0  
intr 957831 163 8 0 1 1 0 5 0 1 0 0 0 101 0 0 3582 0 37804 3657 22410 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 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 501479  
btime 1363495431  
processes 40101  
procs_running 1  
procs_blocked 0  
softirq 1396087 0 693403 12972 15932 35928 3 44577 479 592793  
[root@root c_study]#   

第一行的数值表示的是CPU总的使用情况，所以我们只要用第一行的数字计算就可以了。下表解析第一行各数值的含义：
参数          解析（单位：jiffies）
(jiffies是内核中的一个全局变量，用来记录自系统启动一来产生的节拍数，在linux中，一个节拍大致可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 ( 15579 )    从系统启动开始累计到当前时刻，处于用户态的运行时间，不包含 nice值为负进程。
nice (99)      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 (13680)  从系统启动开始累计到当前时刻，处于核心态的运行时间
idle (698457)   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 (10939) 从系统启动开始累计到当前时刻，IO等待时间(since 2.5.41)
irq (40)           从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断时间(since 2.6.0-test4)
softirq (651)      从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间(since 2.6.0-test4)
stealstolen(0)     which is the time spent in other operating systems when running in a virtualized environment(since 2.6.11)
guest(0)        which is the time spent running a virtual  CPU  for  guest operating systems under the control of the Linux kernel(since 2.6.24)
 结论：总的cpu时间totalCpuTime = user + nice + system + idle + iowait + irq + softirq + stealstolen +guest

/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字段的含义。

[zhengangen@buick ~]# cat /proc/6873/stat

6873 (a.out) R 6723 6873 6723 34819 6873 8388608 77 0 0 0 41958 31 0 0 25 0 3 0 5882654 1409024 56 4294967295 134512640 134513720 3215579040 0 2097798 0 0 0 0 0 0 0 17 0 0 0

说明：以下只解释对我们计算Cpu使用率有用相关参数

参数                                                                解释

pid=6873                            进程号

utime=1587                       该任务在用户态运行的时间，单位为jiffies

stime=41958                      该任务在核心态运行的时间，单位为jiffies

cutime=0                            所有已死线程在用户态运行的时间，单位为jiffies

cstime=0                            所有已死在核心态运行的时间，单位为jiffies

结论：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。

/proc/<pid>/task/<tid>/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。该文件的内容格式以及各字段的含义同/proc/<pid>/stat文件。

         注意，该文件中的tid字段表示的不再是进程号，而是linux中的轻量级进程(lwp)，即我们通常所说的线程。

结论：线程Cpu时间threadCpuTime = utime + stime

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s2;

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idle - 第一次的idle即可

idle=第二次的idle - 第一次的idle

4、计算cpu使用率

pcpu =100* (total-idle)/total

5、同理可以用同样的方法求出其他进程和线程所占cpu资源

源码

[cpp]
view plain
copy

#include<stdio.h>  
#include<stdlib.h>  
#include<string.h>  
  
#define __DEBUG__ 1  
#define CK_TIME 1  
  
int main(int argc ,char *argv[])  
{  
        FILE *fp;  
        char buf[128];  
        char cpu[5];  
        long int user,nice,sys,idle,iowait,irq,softirq;  
  
        long int all1,all2,idle1,idle2;  
        float usage;  
  
        while(1)  
        {  
                fp = fopen("/proc/stat","r");  
                if(fp == NULL)  
                {  
                        perror("fopen:");  
                        exit (0);  
                }  
  
  
                fgets(buf,sizeof(buf),fp);  
#if __DEBUG__  
                printf("buf=%s",buf);  
#endif  
                sscanf(buf,"%s%d%d%d%d%d%d%d",cpu,&user,&nice,&sys,&idle,&iowait,&irq,&softirq);  
                /* 
#if __DEBUG__ 
printf("%s,%d,%d,%d,%d,%d,%d,%d\n",cpu,user,nice,sys,idle,iowait,irq,softirq); 
#endif 
*/  
                all1 = user+nice+sys+idle+iowait+irq+softirq;  
                idle1 = idle;  
                rewind(fp);  
                /*第二次取数据*/  
                sleep(CK_TIME);  
                memset(buf,0,sizeof(buf));  
                cpu[0] = '\0';  
                user=nice=sys=idle=iowait=irq=softirq=0;  
                fgets(buf,sizeof(buf),fp);  
#if __DEBUG__  
                printf("buf=%s",buf);  
#endif  
                sscanf(buf,"%s%d%d%d%d%d%d%d",cpu,&user,&nice,&sys,&idle,&iowait,&irq,&softirq);  
                /* 
#if __DEBUG__ 
printf("%s,%d,%d,%d,%d,%d,%d,%d\n",cpu,user,nice,sys,idle,iowait,irq,softirq); 
#endif 
*/  
                all2 = user+nice+sys+idle+iowait+irq+softirq;  
                idle2 = idle;  
  
                usage = (float)(all2-all1-(idle2-idle1)) / (all2-all1)*100 ;  
  
  
                printf("all=%d\n",all2-all1);  
                printf("ilde=%d\n",all2-all1-(idle2-idle1));  
                printf("cpu use = %.2f\%\n",usage);  
                printf("=======================\n");  
  
                fclose(fp);  
        }  
        return 1;  
}  

gcc编译

[cpp]
view plain
copy

gcc -o cpu_use -g cpu_use.c   

运行

[cpp]
view plain
copy

buf=cpu  15824 100 13772 879622 11014 40 720 0 0  
buf=cpu  15837 100 13790 879731 11014 40 720 0 0  
all=140  
ilde=31  
cpu use = 22.14%  
=======================  
buf=cpu  15837 100 13790 879731 11014 40 720 0 0  
buf=cpu  15857 100 13824 879786 11014 40 721 0 0  
all=110  
ilde=55  
cpu use = 50.00%  
=======================  
buf=cpu  15857 100 13824 879786 11014 40 721 0 0  
buf=cpu  15877 100 13856 879842 11014 41 721 0 0  
all=109  
ilde=53  
cpu use = 48.62%  
=======================  
buf=cpu  15877 100 13857 879842 11014 41 721 0 0  
buf=cpu  15897 100 13889 879901 11014 41 722 0 0  
all=112  
ilde=53  
cpu use = 47.32%  
=======================