0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

top命令中CPU使用率的意义

开关电源芯片 来源:Linux内核那些事 作者:songsong001 2021-09-01 14:41 次阅读

平常我们使用 top 命令来查看系统的性能情况,在 top 命令中可以看到很多不同类型的 CPU 使用率,如下图红框中标出部分:

下面,我们来介绍一下这些 CPU 使用率的意义:

us:user time,表示 CPU 执行用户进程的时间,包括 nice 时间。通常都是希望用户空间CPU越高越好。

sy:system time,表示 CPU 在内核运行的时间,包括 IRQ 和 softirq。系统 CPU 占用越高,表明系统某部分存在瓶颈。通常这个值越低越好。

ni:nice time,具有优先级的用户进程执行时占用的 CPU 利用率百分比。

id:idle time,表示系统处于空闲期,等待进程运行。

wa:waiting time,表示 CPU 在等待 IO 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 IO 操作,否则就说明 IO 存在瓶颈。

hi:hard IRQ time,表示系统处理硬中断所花费的时间。

si:soft IRQ time,表示系统处理软中断所花费的时间。

st:steal time,被强制等待(involuntary wait)虚拟 CPU 的时间,此时 Hypervisor 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。

时钟中断首先,我们要知道统计 CPU 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 CPU 接收到时钟中断信号后,会在处理完当前指令后调用 时钟中断处理程序 来完成更新系统时间、执行周期性任务等。

可以发现,统计 CPU 使用情况是在 时钟中断处理程序 中完成的。

每个 CPU 的使用情况通过 cpu_usage_stat 结构来记录,我们来看看其定义:

struct cpu_usage_stat {

cputime64_t user;

cputime64_t nice;

cputime64_t system;

cputime64_t softirq;

cputime64_t irq;

cputime64_t idle;

cputime64_t iowait;

cputime64_t steal;

cputime64_t guest;

};

从 cpu_usage_stat 结构的定义可以看出,其每个字段与 top 命令的 CPU 使用率类型一一对应。在内核初始化时,会为每个 CPU 创建一个 cpu_usage_stat 结构,用于统计 CPU 的使用情况。

OK,现在我们来分析下内核是怎么统计 CPU 的使用情况的。

每次执行 时钟中断处理程序 都会调用 account_process_tick 函数进行 CPU 使用情况统计,我们来分析一下 account_process_tick 函数的实现:

void account_process_tick(struct task_struct *p, int user_tick)

{

cputime_t one_jiffy_scaled = cputime_to_scaled(cputime_one_jiffy);

struct rq *rq = this_rq();

// 说明:user_tick 变量标识当前是否处于执行用户应用程序

if (user_tick) {

// 1. 如果 CPU 在执行用户程序, 那么调用 account_user_time 进行统计

account_user_time(p, cputime_one_jiffy, one_jiffy_scaled);

} else if ((p != rq-》idle) || (irq_count() != HARDIRQ_OFFSET)) {

// 2. 如果 CPU 在执行内核代码, 那么调用 account_system_time 进行统计

account_system_time(p, HARDIRQ_OFFSET, cputime_one_jiffy,

one_jiffy_scaled);

} else {

// 3. 否则说明 CPU 在执行 idle 进程(也就是处于空闲状态), 那么调用 account_idle_time 进行统计

account_idle_time(cputime_one_jiffy);

}

}

account_process_tick 函数主要分 3 种情况进行统计,如下:

如果 CPU 在执行用户程序,那么调用 account_user_time 进行统计。

如果 CPU 在执行内核代码,那么调用 account_system_time 进行统计。

否则说明 CPU 在执行 idle 进程(也就是处于空闲状态),那么调用 account_idle_time 进行统计。

CPU 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

统计用户程序的执行时间是通过 account_user_time 函数来完成的,我们来看看其实现:

void account_user_time(struct task_struct *p, cputime_t cputime,

cputime_t cputime_scaled)

{

// 获取 CPU 的统计结构(每个CPU一个 cpu_usage_stat 结构)

struct cpu_usage_stat *cpustat = &kstat_this_cpu.cpustat;

cputime64_t tmp;

。..

// 分 2 种情况统计 CPU 的使用情况

// 1. 如果进程的 nice 值大于0, 那么将会统计到 nice 字段中

// 2. 如果进程的 nice 值小于等于0, 那么将会统计到 user 字段中

if (TASK_NICE(p) 》 0)

cpustat-》nice = cputime64_add(cpustat-》nice, tmp);

else

cpustat-》user = cputime64_add(cpustat-》user, tmp);

。..

}

account_user_time 函数主要分两种情况统计:

如果进程的 nice 值大于0,那么将会增加到 CPU 统计结构的 nice 字段中。

如果进程的 nice 值小于等于0,那么增加到 CPU 统计结构的 user 字段中。

这里说明一下进程 nice 值的作用,nice 值越大,说明进程的优先级越低。所以,nice 统计值主要用来统计低优先级进程的占使用 CPU 的情况。也说明了,user 和 nice 统计值都属于执行用户程序的 CPU 时间。

2. 统计内核代码执行时间

如果在发生时钟中断前,CPU 处于内核态,也就是说在执行内核代码。那么将会调用 account_system_time 函数进行统计,account_system_time 函数实现如下:

void account_system_time(struct task_struct *p, int hardirq_offset,

cputime_t cputime, cputime_t cputime_scaled)

{

// 获取 CPU 的统计结构(每个CPU一个 cpu_usage_stat 结构)

struct cpu_usage_stat *cpustat = &kstat_this_cpu.cpustat;

cputime64_t tmp;

。..

// 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 irq 字段中

// 2. 如果当前处于软中断执行上下文, 那么统计到 softirq 字段中

// 3. 否则统计到 system 字段中

if (hardirq_count() - hardirq_offset)

cpustat-》irq = cputime64_add(cpustat-》irq, tmp);

else if (softirq_count())

cpustat-》softirq = cputime64_add(cpustat-》softirq, tmp);

else

cpustat-》system = cputime64_add(cpustat-》system, tmp);

。..

}

account_system_time 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 CPU 统计结构的 irq 字段中。

如果当前处于软中断执行上下文,那么增加到 CPU 统计结构的 softirq 字段中。

否则增加到 CPU 统计结构的 system 字段中。

从上面代码可以看出,irq 和 softirq 统计值也算是内核代码执行时间。

3. idle 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 idle 进程。也就是说,当系统执行 idle 进程时,表示系统正处于空闲状态。

idle 进程执行时间统计由 account_idle_time 函数完成,其实现如下:

void account_idle_time(cputime_t cputime)

{

struct cpu_usage_stat *cpustat = &kstat_this_cpu.cpustat;

cputime64_t cputime64 = cputime_to_cputime64(cputime);

struct rq *rq = this_rq();

// 分 2 种情况统计 CPU 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 iowait 字段中

// 2. 否则将统计到 idle 字段中

if (atomic_read(&rq-》nr_iowait) 》 0)

cpustat-》iowait = cputime64_add(cpustat-》iowait, cputime64);

else

cpustat-》idle = cputime64_add(cpustat-》idle, cputime64);

}

account_idle_time 函数也分两种情况进行统计:

如果系统中有正在等待 I/O 操作完成的进程,那么增加到 CPU 统计结构的 iowait 字段中。

否则增加到 CPU 统计结构的 idle 字段中。

从上面的分析可以看出,iowait 统计值也属于空闲时间的一种。

top 命令的 CPU 使用率通过源码分析,我们知道 top 命令中 CPU 使用率各种类型的意思,现在我们来介绍一下 top 命令是怎么计算各种类型的 CPU 使用率。

要获取各个 CPU 的使用情况信息,可以通过读取 /proc/stat 文件获取,如下:

[vagrant@localhost ~]$ cat /proc/stat

cpu 245 10 1142 1097923 95 0 28 0 0 0

cpu0 245 10 1142 1097923 95 0 28 0 0 0

。..

上面的结果显示了 CPU 的使用情况信息,第一行代表所有 CPU 的总和,而第二行开始表示每个 CPU 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:user ,nice,system,idle,iowait, irq,softirq,steal。

所以,top 命令的 CPU 使用率计算公式如下:

CPU总时间 = user + nice + system + idle + wait + irq + softirq + steal

%us = user / CPU总时间

%ni = nice / CPU总时间

%sy = system / CPU总时间

%id = idel / CPU总时间

%wa = wait / CPU总时间

%hi = irq / CPU总时间

%si = softirq / CPU总时间

%st = steal / CPU总时间

嗯,看起来还是挺简单的。

总结本文主要分析了 top 命令中的 CPU 使用率的意义和实现原理,希望通过本文,能够帮助大家对 top 命令有更深的认识。

责任编辑:haq

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • cpu
    cpu
    +关注

    关注

    68

    文章

    10338

    浏览量

    206237
  • 命令
    +关注

    关注

    5

    文章

    637

    浏览量

    21841
  • TOP
    TOP
    +关注

    关注

    0

    文章

    34

    浏览量

    31232

原文标题:聊聊 top 命令中的 CPU 使用率

文章出处:【微信号:gh_3980db2283cd,微信公众号:开关电源芯片】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    Linux服务器CPU飙升的原因

    首先在Linux系统中检查CPU使用率。可以通过在命令行中输入top或htop命令来查看当前系统中各个进程的
    发表于 02-28 11:00 271次阅读
    Linux服务器<b class='flag-5'>CPU</b>飙升的原因

    如何在Linux系统中检查CPU使用率

    首先在Linux系统中检查CPU使用率。可以通过在命令行中输入top或htop命令来查看当前系统中各个进程的
    发表于 01-06 10:42 262次阅读
    如何在Linux系统中检查<b class='flag-5'>CPU</b><b class='flag-5'>使用率</b>

    Java程序CPU使用率高的原因

    Java程序是一种高级编程语言,由于其跨平台的特性和强大的功能,被广泛应用于服务器端、企业级应用和大数据处理等场景。然而,在某些情况下,我们可能会发现Java程序的CPU使用率异常高,这会导致系统
    的头像 发表于 12-05 11:20 2288次阅读

    top命令如何进入选项

    top命令是一个常用的Linux系统性能监控工具,可以实时地监视系统的整体运行情况。通过使用top命令,我们可以查看系统的负载情况、进程的CPU
    的头像 发表于 11-17 10:27 411次阅读

    linux中top命令详解

    Linux系统中的top命令是一个非常强大和常用的命令,用于实时监控和管理系统的运行状态。它能够显示系统的整体性能数据,以及各个进程的资源占用情况。在本文中,我们将详细解释top
    的头像 发表于 11-17 10:25 911次阅读

    Java11和Java17使用率达48%和45%

    2018 年 9 月发布的 Java 11 和 2020 年 9 月发布的 Java 17 是使用最广泛的 Java 版本,使用率分别为 48% 和 45%。其次是 2014 年 3 月发布
    的头像 发表于 11-01 12:30 281次阅读

    codewarrior怎样知道各种内存的使用率

    codewarrior怎样知道rom,ram,eeprom的使用率
    发表于 11-01 07:02

    STM32怎么获取CPU使用率

    CPU使用率信息都是怎么读取的
    发表于 10-23 07:20

    怎样查看堆栈使用率

    如何查看堆(stack)的使用率
    发表于 10-20 07:01

    什么是CPU使用率?如何测量CPU使用率

    CPU 使用率CPU 在计算机上执行各种任务和进程所花费的时间量的度量。
    的头像 发表于 08-06 17:07 2726次阅读

    基于BOLT IOT的CPU使用率监控器

    电子发烧友网站提供《基于BOLT IOT的CPU使用率监控器.zip》资料免费下载
    发表于 07-03 10:23 0次下载
    基于BOLT IOT的<b class='flag-5'>CPU</b><b class='flag-5'>使用率</b>监控器

    Qt6应用程序的CPU使用率高是什么原因造成的?怎么解决?

    下检查 top o/p (shift + i)。 我正在测试 GPU openglwindow 应用程序。 这种情况下这么多CPU用率是正常的还是不正常的,请大家针对这个问题给出建议。 附上
    发表于 05-29 07:39

    LVGL cpu使用率过高无法显示视频怎么处理?

    方法可以降低 CPU 使用率: (1)增加主循环执行`lv_task_handler()`的间隔 (2)将编译器优化级别设置为`-O3`,降低更多。 在这个简单的屏幕cpu
    发表于 05-10 07:31

    CPU使用率问题求解

    对于我们的 CPU 使用率分析任务,MathWorks 团队在 PIL 模式下对 Nucleo-F303RE 72 MHz 板实施了一个 simulink 示例。我在 MPC5775E 板上实现了
    发表于 04-03 09:07

    Outport对CPU使用率的影响是什么?

    对于 simscape 电池 SOC 估算示例,当在带有 MPC5775E 的 PIL 块中使用输出端口进行 SOC 监控时,CPU 使用率约为 0.153%。但是当我终止它并且不监视 SOC
    发表于 04-03 06:44