Linux Top 命令计算进程CPU使用率

Linux Top 命令计算进程CPU使用率

top 命令是一个实时进程监控工具，在 Linux 中通过读取系统文件（尤其是 /proc 文件系统）来获取进程的 CPU 使用率。其实现中关键的部分是对进程的 CPU 使用率进行采集和计算。这里我简要介绍 top 命令的实现思路，以及它如何通过源码计算进程的 CPU 使用率。

top 命令的源码最初是用 C 语言编写的，通常可以在 procps 项目中找到其源码（例如 procps-ng 项目）。以下是 top 计算进程 CPU 使用率的主要步骤和原理：

1. 数据获取

top 从 /proc/stat 和 /proc/[pid]/stat 文件中获取 CPU 使用数据：

• 系统级 CPU 数据（/proc/stat）：

  • /proc/stat 文件包含系统总的 CPU 使用时间。第一行 cpu 后面跟着的数值代表了 CPU 在不同状态下的时间（如用户态、内核态、空闲等）。
  • 每个数字的单位是 “jiffies” （时间片），这是系统中断的最小时间单位。

• 进程级 CPU 数据（/proc/[pid]/stat）：

  • 每个进程的状态文件 /proc/[pid]/stat 包含了该进程的 CPU 使用信息，包括用户态时间 (utime)、内核态时间 (stime)、子进程的用户态时间 (cutime)、子进程的内核态时间 (cstime)。
  • 这些数据同样以 jiffies 为单位。

2. CPU 使用率的计算步骤

top 通过周期性读取和比较前后两次的数据差值来计算 CPU 使用率。其计算流程如下：

1. 采样初始时间点：

   • 读取系统级别和进程级别的 CPU 数据，得到初始的 total_cpu_time 和 process_cpu_time。
   • 其中，total_cpu_time 是所有 CPU 核心的总时间，包括用户态、内核态和空闲时间的总和。
   • process_cpu_time 是某个进程的总时间（包含 utime、stime、cutime、cstime 的和）。

2. 采样第二时间点（经过一个刷新周期，例如 1 秒）：

   • 再次读取 /proc/stat 和 /proc/[pid]/stat 中的数据，得到新的 total_cpu_time 和 process_cpu_time。

3. 计算差值：

   • total_delta = total_cpu_time（T2） - total_cpu_time（T1）
   • process_delta = process_cpu_time（T2） - process_cpu_time（T1）

4. 计算 CPU 使用率：

   • 使用以下公式计算进程的 CPU 使用率：

　　　　　　CPU 使用率（%）= (process_delta / total_delta)×100

• 如果系统是多核，则再乘以 CPU 核数，使得 CPU 使用率可以反映在多核环境下的真实使用量。

在实际的 top 源码中，数据采集和计算更加复杂，包含：

• 多核的支持，计算时乘以核心数。
• 进程的调度优先级和 nice 值的影响。
• 不同类型的时间（用户态、系统态等）的具体占比等。

4. 关键源码实现位置

在 procps-ng 的 top 源码中：

• linux/Display.c：包含了主要的数据读取和显示逻辑。
• proc/readproc.c：实现了对 /proc 文件系统的解析，用于读取 CPU 和进程的状态信息。

总结

top 命令使用两个时间点的系统和进程 CPU 时间差值来计算进程的 CPU 使用率。这种方法避免了直接采样瞬时数据的误差，提供了相对准确的 CPU 使用率。在多核系统中，CPU 使用率可以超过 100%，并且 top 会根据各核心的总和来进行计算。

参考：https://www.cnblogs.com/gufengchen/p/11335300.html