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[26486] 2021-07-28_聊聊top命令中的CPU使用率

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2021-07-28_聊聊top命令中的CPU使用率 聊 聊   t o p   命 令 中 的   C P U   使 用 率 L i n u x 学 习   2 0 2 1 - 0 7 - 2 8 以 下 文 章 来 源 于 L i n u x 内 核 那 些 事   ， 作 者 s o n g s o n g 0 0 1 来 自 公 众 号 ： 来 自 公 众 号 ： L i n u x 内 核 那 些 事 内 核 那 些 事 平 常 我 们 使 用     命 令 来 查 看 系 统 的 性 能 情 况 ， 在     命 令 中 可 以 看 到 很 多 不 同 类 型 的   C P U   使 用 率 ， 如 下 图 红 框 中 标 出 部 分 ： 下 面 ， 我 们 来 介 绍 一 下 这 些   C P U   使 用 率 的 意 义 ： ： u s e r   t i m e ， 表 示   C P U   执 行 用 户 进 程 的 时 间 ， 包 括   n i c e   时 间 。 通 常 都 是 希 望 用 户 空 间 C P U 越 高 越 好 。 ： s y s t e m   t i m e ， 表 示   C P U   在 内 核 运 行 的 时 间 ， 包 括   I R Q   和   s o f t i r q 。 系 统   C P U   占 用 越 高 ， 表 明 系 统 某 部 分 存 在 瓶 颈 。 通 常 这 个 值 越 低 越 好 。 ： n i c e   t i m e ， 具 有 优 先 级 的 用 户 进 程 执 行 时 占 用 的   C P U   利 用 率 百 分 比 。 ： i d l e   t i m e ， 表 示 系 统 处 于 空 闲 期 ， 等 待 进 程 运 行 。 L i n u x 内 核 那 些 事 内 核 那 些 事   . 以 简 单 的 方 式 介 绍   L i n u x   内 核 的 原 理 ， 以 通 俗 的 语 言 分 析   L i n u x   内 核 的 实 现 。 如 果 你 没 有 接 触 过   L i n u x   内 核 ， 那 么 就 关 注 我 们 的 公 众 号 吧 ， 我 们 将 以 图 解 的 方 式 让 内 核 更 亲 民 . . . t o p t o p u s s y n i i d w a
： w a i t i n g   t i m e ， 表 示   C P U   在 等 待   I O   操 作 完 成 所 花 费 的 时 间 。 系 统 不 应 该 花 费 大 量 的 时 间 来 等 待   I O   操 作 ， 否 则 就 说 明   I O   存 在 瓶 颈 。 ： h a r d   I R Q   t i m e ， 表 示 系 统 处 理 硬 中 断 所 花 费 的 时 间 。 ： s o f t   I R Q   t i m e ， 表 示 系 统 处 理 软 中 断 所 花 费 的 时 间 。 ： s t e a l   t i m e ， 被 强 制 等 待 （ i n v o l u n t a r y   w a i t ） 虚 拟   C P U   的 时 间 ， 此 时   H y p e r v i s o r   在 为 另 一 个 虚 拟 处 理 器 服 务 。 当 然 ， 单 靠 上 面 的 解 释 来 理 解 它 们 的 意 义 还 是 比 较 困 难 的 。 所 以 ， 本 文 主 要 从 源 码 的 角 度 来 分 析 它 们 到 底 代 表 什 么 。 时 钟 中 断 时 钟 中 断 首 先 ， 我 们 要 知 道 统 计   C P U   使 用 情 况 在 什 么 地 方 执 行 的 。 在 分 析 之 前 ， 我 们 先 来 了 解 下   ： 时 钟 中 断 时 钟 中 断 ： 是 一 种 硬 中 断 ， 由 时 间 硬 件 （ 系 统 定 时 器 ， 一 种 可 编 程 硬 件 ） 产 生 。 当   C P U   接 收 到 时 钟 中 断 信 号 后 ， 会 在 处 理 完 当 前 指 令 后 调 用     来 完 成 更 新 系 统 时 间 、 执 行 周 期 性 任 务 等 。 可 以 发 现 ， 统 计   C P U   使 用 情 况 是 在     中 完 成 的 。 每 个   C P U   的 使 用 情 况 通 过     结 构 来 记 录 ， 我 们 来 看 看 其 定 义 ： h i s i s t 时 钟 中 断 时 钟 中 断 处 理 程 序 时 钟 中 断 处 理 程 序 c p u _ u s a g e _ s t a t
从     结 构 的 定 义 可 以 看 出 ， 其 每 个 字 段 与     命 令 的   C P U   使 用 率 类 型 一 一 对 应 。 在 内 核 初 始 化 时 ， 会 为 每 个   C P U   创 建 一 个     结 构 ， 用 于 统 计   C P U   的 使 用 情 况 。 O K ， 现 在 我 们 来 分 析 下 内 核 是 怎 么 统 计   C P U   的 使 用 情 况 的 。 每 次 执 行     都 会 调 用     函 数 进 行   C P U   使 用 情 况 统 计 ， 我 们 来 分 析 一 下     函 数 的 实 现 ： s t r u c t   c p u _ u s a g e _ s t a t   {         c p u t i m e 6 4 _ t   u s e r ;         c p u t i m e 6 4 _ t   n i c e ;         c p u t i m e 6 4 _ t   s y s t e m ;         c p u t i m e 6 4 _ t   s o f t i r q ;         c p u t i m e 6 4 _ t   i r q ;         c p u t i m e 6 4 _ t   i d l e ;         c p u t i m e 6 4 _ t   i o w a i t ;         c p u t i m e 6 4 _ t   s t e a l ;         c p u t i m e 6 4 _ t   g u e s t ; } ; c p u _ u s a g e _ s t a t t o p c p u _ u s a g e _ s t a t 时 钟 中 断 处 理 程 序 a c c o u n t _ p r o c e s s _ t i c k a c c o u n t _ p r o c e s s _ t i c k
  函 数 主 要 分   3   种 情 况 进 行 统 计 ， 如 下 ： 如 果   C P U   在 执 行 用 户 程 序 ， 那 么 调 用     进 行 统 计 。 如 果   C P U   在 执 行 内 核 代 码 ， 那 么 调 用     进 行 统 计 。 否 则 说 明   C P U   在 执 行   i d l e   进 程 ( 也 就 是 处 于 空 闲 状 态 ) ， 那 么 调 用     进 行 统 计 。 C P U   使 用 情 况 统 计 使 用 情 况 统 计 下 面 我 们 分 别 对 这   3   种 统 计 进 行 分 析 。 1 .   统 计 用 户 程 序 执 行 时 间 统 计 用 户 程 序 执 行 时 间 统 计 用 户 程 序 的 执 行 时 间 是 通 过   v o i d   a c c o u n t _ p r o c e s s _ t i c k ( s t r u c t   t a s k _ s t r u c t   * p ,   i n t   u s e r _ t i c k ) {         c p u t i m e _ t   o n e _ j i f f y _ s c a l e d   =   c p u t i m e _ t o _ s c a l e d ( c p u t i m e _ o n e _ j i f f y ) ;         s t r u c t   r q   * r q   =   t h i s _ r q ( ) ;         / /   说 明 ： u s e r _ t i c k   变 量 标 识 当 前 是 否 处 于 执 行 用 户 应 用 程 序         i f   ( u s e r _ t i c k )   {                 / /   1 .   如 果   C P U   在 执 行 用 户 程 序 ,   那 么 调 用   a c c o u n t _ u s e r _ t i m e   进 行 统 计                 a c c o u n t _ u s e r _ t i m e ( p ,   c p u t i m e _ o n e _ j i f f y ,   o n e _ j i f f y _ s c a l e d ) ;         }   e l s e   i f   ( ( p   ! =   r q - > i d l e )   | |   ( i r q _ c o u n t ( )   ! =   H A R D I R Q _ O F F S E T ) )   {                 / /   2 .   如 果   C P U   在 执 行 内 核 代 码 ,   那 么 调 用   a c c o u n t _ s y s t e m _ t i m e   进 行 统 计                 a c c o u n t _ s y s t e m _ t i m e ( p ,   H A R D I R Q _ O F F S E T ,   c p u t i m e _ o n e _ j i f f y ,                                                         o n e _ j i f f y _ s c a l e d ) ;         }   e l s e   {                 / /   3 .   否 则 说 明   C P U   在 执 行   i d l e   进 程 ( 也 就 是 处 于 空 闲 状 态 ) ,   那 么 调 用   a c c o u n t _ i d l e _ t i m e   进 行 统 计                 a c c o u n t _ i d l e _ t i m e ( c p u t i m e _ o n e _ j i f f y ) ;         } } a c c o u n t _ p r o c e s s _ t i c k a c c o u n t _ u s e r _ t i m e a c c o u n t _ s y s t e m _ t i m e a c c o u n t _ i d l e _ t i m e a c c o u n t _ u s e r _ t i m e
  函 数 来 完 成 的 ， 我 们 来 看 看 其 实 现 ：   函 数 主 要 分 两 种 情 况 统 计 ： 如 果 进 程 的     值 大 于 0 ， 那 么 将 会 增 加 到   C P U   统 计 结 构 的     字 段 中 。 如 果 进 程 的     值 小 于 等 于 0 ， 那 么 增 加 到   C P U   统 计 结 构 的     字 段 中 。 这 里 说 明 一 下 进 程     值 的 作 用 ，   值 越 大 ， 说 明 进 程 的 优 先 级 越 低 。 所 以 ，   统 计 值 主 要 用 来 统 计 低 优 先 级 进 程 的 占 使 用   C P U   的 情 况 。 也 说 明 了 ， a c c o u n t _ u s e r _ t i m e v o i d   a c c o u n t _ u s e r _ t i m e ( s t r u c t   t a s k _ s t r u c t   * p ,   c p u t i m e _ t   c p u t i m e ,                                               c p u t i m e _ t   c p u t i m e _ s c a l e d ) {         / /   获 取   C P U   的 统 计 结 构 （ 每 个 C P U 一 个   c p u _ u s a g e _ s t a t   结 构 ）         s t r u c t   c p u _ u s a g e _ s t a t   * c p u s t a t   =   & k s t a t _ t h i s _ c p u . c p u s t a t ;           c p u t i m e 6 4 _ t   t m p ;         . . .         / /   分   2   种 情 况 统 计   C P U   的 使 用 情 况         / /   1 .   如 果 进 程 的   n i c e   值 大 于 0 ,   那 么 将 会 统 计 到   n i c e   字 段 中         / /   2 .   如 果 进 程 的   n i c e   值 小 于 等 于 0 ,   那 么 将 会 统 计 到   u s e r   字 段 中         i f   ( T A S K _ N I C E ( p )   >   0 )                 c p u s t a t - > n i c e   =   c p u t i m e 6 4 _ a d d ( c p u s t a t - > n i c e ,   t m p ) ;         e l s e                 c p u s t a t - > u s e r   =   c p u t i m e 6 4 _ a d d ( c p u s t a t - > u s e r ,   t m p ) ;         . . . } a c c o u n t _ u s e r _ t i m e n i c e n i c e n i c e u s e r n i c e n i c e n i c e u s e r
  和     统 计 值 都 属 于 执 行 用 户 程 序 的   C P U   时 间 。 2 .   统 计 内 核 代 码 执 行 时 间 统 计 内 核 代 码 执 行 时 间 如 果 在 发 生 时 钟 中 断 前 ， C P U   处 于 内 核 态 ， 也 就 是 说 在 执 行 内 核 代 码 。 那 么 将 会 调 用     函 数 进 行 统 计 ，   函 数 实 现 如 下 ：   函 数 主 要 分   3   种 情 况 进 行 统 计 ： 如 果 当 前 处 于 硬 中 断 执 行 上 下 文 ， 那 么 增 加 到   C P U   统 计 结 构 的     字 段 中 。 如 果 当 前 处 于 软 中 断 执 行 上 下 文 ， 那 么 增 加 到   C P U   统 计 结 构 的   u s e r n i c e a c c o u n t _ s y s t e m _ t i m e a c c o u n t _ s y s t e m _ t i m e v o i d   a c c o u n t _ s y s t e m _ t i m e ( s t r u c t   t a s k _ s t r u c t   * p ,   i n t   h a r d i r q _ o f f s e t ,                                                   c p u t i m e _ t   c p u t i m e ,   c p u t i m e _ t   c p u t i m e _ s c a l e d ) {         / /   获 取   C P U   的 统 计 结 构 （ 每 个 C P U 一 个   c p u _ u s a g e _ s t a t   结 构 ）         s t r u c t   c p u _ u s a g e _ s t a t   * c p u s t a t   =   & k s t a t _ t h i s _ c p u . c p u s t a t ;         c p u t i m e 6 4 _ t   t m p ;         . . .         / /   主 要 分   3   种 情 况 进 行 统 计         / /   1 .   如 果 当 前 处 于 硬 中 断 执 行 上 下 文 ,   那 么 统 计 到   i r q   字 段 中         / /   2 .   如 果 当 前 处 于 软 中 断 执 行 上 下 文 ,   那 么 统 计 到   s o f t i r q   字 段 中         / /   3 .   否 则 统 计 到   s y s t e m   字 段 中         i f   ( h a r d i r q _ c o u n t ( )   -   h a r d i r q _ o f f s e t )                 c p u s t a t - > i r q   =   c p u t i m e 6 4 _ a d d ( c p u s t a t - > i r q ,   t m p ) ;         e l s e   i f   ( s o f t i r q _ c o u n t ( ) )                 c p u s t a t - > s o f t i r q   =   c p u t i m e 6 4 _ a d d ( c p u s t a t - > s o f t i r q ,   t m p ) ;         e l s e                 c p u s t a t - > s y s t e m   =   c p u t i m e 6 4 _ a d d ( c p u s t a t - > s y s t e m ,   t m p ) ;         . . . } a c c o u n t _ s y s t e m _ t i m e i r q s o f t i r q
  字 段 中 。 否 则 增 加 到   C P U   统 计 结 构 的     字 段 中 。 从 上 面 代 码 可 以 看 出 ，   和     统 计 值 也 算 是 内 核 代 码 执 行 时 间 。 3 .   i d l e   进 程 执 行 时 间 统 计 进 程 执 行 时 间 统 计 当 系 统 中 没 有 可 运 行 的 进 程 时 ， 将 会 执 行     进 程 。 也 就 是 说 ， 当 系 统 执 行     进 程 时 ， 表 示 系 统 正 处 于 空 闲 状 态 。   进 程 执 行 时 间 统 计 由     函 数 完 成 ， 其 实 现 如 下 ：   函 数 也 分 两 种 情 况 进 行 统 计 ： s o f t i r q s y s t e m i r q s o f t i r q i d l e i d l e i d l e a c c o u n t _ i d l e _ t i m e v o i d   a c c o u n t _ i d l e _ t i m e ( c p u t i m e _ t   c p u t i m e ) {         s t r u c t   c p u _ u s a g e _ s t a t   * c p u s t a t   =   & k s t a t _ t h i s _ c p u . c p u s t a t ;         c p u t i m e 6 4 _ t   c p u t i m e 6 4   =   c p u t i m e _ t o _ c p u t i m e 6 4 ( c p u t i m e ) ;         s t r u c t   r q   * r q   =   t h i s _ r q ( ) ;         / /   分   2   种 情 况 统 计   C P U   的 使 用 情 况         / /   1 .   如 果 系 统 有 进 程 正 在 等 待   I / O   操 作 完 成 ,   那 么 将 统 计 到   i o w a i t   字 段 中         / /   2 .   否 则 将 统 计 到   i d l e   字 段 中         i f   ( a t o m i c _ r e a d ( & r q - > n r _ i o w a i t )   >   0 )                 c p u s t a t - > i o w a i t   =   c p u t i m e 6 4 _ a d d ( c p u s t a t - > i o w a i t ,   c p u t i m e 6 4 ) ;         e l s e                 c p u s t a t - > i d l e   =   c p u t i m e 6 4 _ a d d ( c p u s t a t - > i d l e ,   c p u t i m e 6 4 ) ; } a c c o u n t _ i d l e _ t i m e
如 果 系 统 中 有 正 在 等 待   I / O   操 作 完 成 的 进 程 ， 那 么 增 加 到   C P U   统 计 结 构 的     字 段 中 。 否 则 增 加 到   C P U   统 计 结 构 的     字 段 中 。 从 上 面 的 分 析 可 以 看 出 ，   统 计 值 也 属 于 空 闲 时 间 的 一 种 。 t o p   命 令 的 命 令 的   C P U   使 用 率 使 用 率 通 过 源 码 分 析 ， 我 们 知 道     命 令 中   C P U   使 用 率 各 种 类 型 的 意 思 ， 现 在 我 们 来 介 绍 一 下     命 令 是 怎 么 计 算 各 种 类 型 的   C P U   使 用 率 。 要 获 取 各 个   C P U   的 使 用 情 况 信 息 ， 可 以 通 过 读 取     文 件 获 取 ， 如 下 ： 上 面 的 结 果 显 示 了   C P U   的 使 用 情 况 信 息 ， 第 一 行 代 表 所 有   C P U   的 总 和 ， 而 第 二 行 开 始 表 示 每 个   C P U   核 心 的 使 用 情 况 信 息 。 因 为 我 的 电 脑 只 有 一 个 核 ， 所 以 只 有 一 条 数 据 。 下 面 说 说 这 些 数 据 的 意 义 ， 从 第 一 个 数 值 开 始 分 别 代 表 ：   ， ， ， ， ，   i o w a i t i d l e i o w a i t t o p t o p / p r o c / s t a t [ v a g r a n t @ l o c a l h o s t   ~ ] $   c a t   / p r o c / s t a t c p u     2 4 5   1 0   1 1 4 2   1 0 9 7 9 2 3   9 5   0   2 8   0   0   0 c p u 0   2 4 5   1 0   1 1 4 2   1 0 9 7 9 2 3   9 5   0   2 8   0   0   0 . . . u s e r n i c e s y s t e m i d l e i o w a i t i r q
， ， 。 所 以 ，   命 令 的   C P U   使 用 率 计 算 公 式 如 下 ： 嗯 ， 看 起 来 还 是 挺 简 单 的 。 总 结 总 结 本 文 主 要 分 析 了     命 令 中 的   C P U   使 用 率 的 意 义 和 实 现 原 理 ， 希 望 通 过 本 文 ， 能 够 帮 助 大 家 对     命 令 有 更 深 的 认 识 。 - - -   E O F   - - - 推 荐 推 荐 ↓ ↓ ↓ s o f t i r q s t e a l t o p C P U 总 时 间   =   u s e r   +   n i c e   +   s y s t e m   +   i d l e   +   w a i t   +   i r q   +   s o f t i r q   +   s t e a l % u s   =   u s e r   /   C P U 总 时 间 % n i   =   n i c e   /   C P U 总 时 间 % s y   =   s y s t e m   /   C P U 总 时 间 % i d   =   i d e l   /   C P U 总 时 间 % w a   =   w a i t   /   C P U 总 时 间 % h i   =   i r q   /   C P U 总 时 间 % s i   =   s o f t i r q   /   C P U 总 时 间 % s t   =   s t e a l   /   C P U 总 时 间 t o p t o p
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