CPU使用率原理及计算方式 |
您所在的位置：网站首页 › 动态使用率的计算方法 › CPU使用率原理及计算方式 |
CPU使用率原理及计算方式
|
目录CPU：Cores, and Hyper-Threading超线程（Hyper-Threading ）多核（multi-cores）CPU使用率计算CPU使用率测试如何计算CPU使用率实现CPU使用率统计程序
CPU：Cores, and Hyper-Threading
超线程（Hyper-Threading ）
超线程是Intel最早提出一项技术，最早出现在2002年的Pentium4上。单个采用超线程的CPU对于操作系统来说就像有两个逻辑CPU，为此P4处理器需要多加入一个Logical CPU Pointer（逻辑处理单元）。 虽然采用超线程技术能同时执行两个线程，但它并不像两个真正的CPU那样，每个CPU都具有独立的资源。当两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂时停止，并让出资源，直到这些资源闲置后才能继续。因此超线程的性能并不等于两颗CPU的性能。 多核（multi-cores）最开始CPU只有一个核（core），为了提高性能，引入了双核CPU，四核CPU等，双核CPU能同时执行两个线程。和超线程不同的是，双核CPU是实打实的有两个central processing units在一个CPU chip。
一台拥有8个logic core CPU的机器，执行如下程序： #include const int num = 9; pthread_t threads[num]; void *func(void* arg) { while(1) {} return ((void *)0); } int main(int argc, char* argv[]) { for (int i = 0; i < num; i++) { pthread_create(&threads[i], NULL, func, NULL); } for (int i = 0; i < num; i++) { pthread_join(threads[i], NULL); } return 0; }该程序开启9个线程每个线程都执行一个死循环。执行后用top查看cpu使用情况： 332 root 20 0 84312 612 416 S 800.0 0.0 7:18.41 cputest可以看到cputest的CPU使用情况为800%，也就是8个logic core都在执行cputest这个进程。 而在一个只有1个logic的CPU上跑的结果如下： 13812 ubuntu 20 0 80284 708 628 S 97.7 0.1 0:10.14 cputest可以看到，纵使开启了9个线程，每个线程都执行死循环，CPU使用率只有97.7%。 如何计算CPU使用率 1. %CPU -- CPU Usage The task's share of the elapsed CPU time since the last screen update, expressed as a percentage of total CPU time. In a true SMP environment, if a process is multi-threaded and top is not operating in Threads mode, amounts greater than 100% may be reported. You toggle Threads mode with the `H' interactive command. Also for multi-processor environments, if Irix mode is Off, top will operate in Solaris mode where a task's cpu usage will be divided by the total number of CPUs. You toggle Irix/Solaris modes with the `I' interactive command.以上截取自man top中对于CPU使用率的定义，总结来说某个进程的CPU使用率就是这个进程在一段时间内占用的CPU时间占总的CPU时间的百分比。 比如某个开启多线程的进程1s内占用了CPU0 0.6s, CPU1 0.9s, 那么它的占用率是150%。这样就不难理解上例中cputest进程CPU占用率为800%这个结果了。 实现CPU使用率统计程序某进程cpu使用率 = 该进程cpu时间 / 总cpu时间。 /proc/pid/stat中可以得出进程自启动以来占用的cpu时间。以bash进程为例: 79 (bash) S 46 79 79 34816 0 0 0 0 0 0 46 135 387954 4807 20 0 1 0 6114 232049254400 873 18446744073709551615 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0第14项utime和第15项stime分别表示bash自启动起来，执行用户代码态占用的时间和执行内核态代码占用的时间，单位是clock tick，clock tick是时间单位。这两项的详细解释如下（摘自man proc）： (14) utime %lu Amount of time that this process has been scheduled in user mode, measured in clock ticks (divide by sysconf(_SC_CLK_TCK)). This includes guest time, guest_time (time spent running a virtual CPU, see below), so that applications that are not aware of the guest time field do not lose that time from their calculations. (15) stime %lu Amount of time that this process has been scheduled in kernel mode, measured in clock ticks (divide by sysconf(_SC_CLK_TCK)).每个clock tick占用多少时间呢？ 可以通过sysconf(_SC_CLK_TCK)获取1秒内有多少个clock tick（通常是100）。也就是说1 clock tick为1 / 100秒。 有了上面的基础， 我们可以每隔period秒读取/proc/pid/stat，解析其中的utime和stime，将其和(utime+stime)减去上一次采样时这两项的和(lastutime + laststime)，这就是period秒内该进程占用CPU的时间，单位为clock tick。 总的CPU时间为period * sysconf(_SC_CLK_TCK)，单位也为clock tick。 所以公式如下： 某进程cpu使用率 = ((utime+stime) - (lastutime + laststime)) / (period * sysconf(_SC_CLK_TCK)) 以下是实现： #include #include #include #include #include #include #include #include #include using namespace std; struct StatData { void parse(const string& content) { size_t rp = content.rfind(')'); std::istringstream iss(content.data() + rp + 1); // 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 13 15 // 3770 (cat) R 3718 3770 3718 34818 3770 4202496 214 0 0 0 0 0 0 0 20 // 16 18 19 20 21 22 23 24 25 // 0 1 0 298215 5750784 81 18446744073709551615 4194304 4242836 140736345340592 // 26 // 140736066274232 140575670169216 0 0 0 0 0 0 0 17 0 0 0 0 0 0 iss >> state; iss >> ppid >> pgrp >> session >> tty_nr >> tpgid >> flags; iss >> minflt >> cminflt >> majflt >> cmajflt; iss >> utime >> stime >> cutime >> cstime; iss >> priority >> nice >> num_threads >> itrealvalue >> starttime; } string name; char state; int ppid; int pgrp; int session; int tty_nr; int tpgid; int flags; long minflt; long cminflt; long majflt; long cmajflt; long utime; long stime; long cutime; long cstime; long priority; long nice; long num_threads; long itrealvalue; long starttime; }; int clockTicks = static_cast(::sysconf(_SC_CLK_TCK)); const int period = 2; int pid; int ticks; StatData lastStatData; bool processExists(pid_t pid) { char filename[256]; snprintf(filename, sizeof filename, "/proc/%d/stat", pid); return ::access(filename, R_OK) == 0; } //read /proc/pid/stat string readProcFile(int pid) { char filename[256]; snprintf(filename, sizeof filename, "/proc/%d/stat", pid); ifstream in; in.open(filename); stringstream ss; ss 0) { int userTicks = std::max(0, static_cast(statData.utime - lastStatData.utime)); int sysTicks = std::max(0, static_cast(statData.stime - lastStatData.stime)); printf("pid %d cpu usage:%.1f%%\n", pid, cpuUsage(userTicks, sysTicks, period, clockTicks) * 100); } ticks++; lastStatData = statData; } int main(int argc, char* argv[]) { if (argc < 2) { printf("Usage: %s pid\n", argv[0]); return 0; } pid = atoi(argv[1]); if (!processExists(pid)) { printf("Process %d doesn't exist.\n", pid); return 1; } if (signal(SIGALRM, tick) == SIG_ERR) { exit(0); } struct itimerval tick; memset(&tick, 0, sizeof tick); tick.it_value.tv_sec = period; tick.it_value.tv_usec = 0; tick.it_interval.tv_sec = period; tick.it_interval.tv_usec = 0; setitimer(ITIMER_REAL, &tick, NULL); while (1) { pause(); } return 0; }代码很简单，每隔两秒采一次样，计算这两秒内指定进程的CPU使用率。 为了测试，先将前文的cputest运行起来，该程序会占满8个logic core。 ./cputest &，然后top看下CPU使用率，大约占用了800%的CPU。 867 root 20 0 84312 616 416 S 800.0 0.0 17:44.60 cputest接着用我们的自己的写的程序看下，pid是867， ./cpumon 867 pid 867 cpu usage:786.0% pid 867 cpu usage:785.5% pid 867 cpu usage:787.5% pid 867 cpu usage:759.5% pid 867 cpu usage:781.5% pid 867 cpu usage:791.5% pid 867 cpu usage:743.5% pid 867 cpu usage:782.0% pid 867 cpu usage:777.5% pid 867 cpu usage:785.0% pid 867 cpu usage:790.5% pid 867 cpu usage:786.0% ^C可以看到每隔两秒都会计算一次，使用率略低于800%，也可以理解，因为现在cpumon也会占用一定的CPU时间。 参考资料： CPU Basics: Multiple CPUs, Cores, and Hyper-Threading Explained |
上图显示主板上有1个插槽（socket），这个插槽插着一个CPU，这个CPU有4个核（core），每个核都使用超线程技术，所以这台机器总共有8个逻辑核。【本文地址】
今日新闻 |
推荐新闻 |