1、简介
存储、内存和 CPU（中央处理器）等系统资源不足会极大地影响应用程序的性能。因此，监控这些组件至关重要。
与磁盘和内存不同，监控 Linux 系统上的 CPU 使用率并不那么简单。在本文中，我们将了解如何解释 CPU 指标并以人类可读的格式显示它们。
- CPU 负载与 CPU 使用率
尽管 CPU 负载和 CPU 使用率听起来很相似，但它们是不可互换的。CPU 负载定义为在单个时间点使用或等待使用一个内核的进程数。
假设我们有一个单核系统，我们的 CPU 平均负载始终低于 0.6。这表明每个需要使用 CPU 的进程都可以立即使用它，而无需等待。如果 CPU 平均负载大于 1，则表示有进程需要使用 CPU，但由于 CPU 不可用，目前无法使用。
但是，多处理器系统中高于 1 的平均负载不会成为问题，因为有更多内核可用。
uptime命令为我们提供了以 1、5 和 15 分钟为间隔的平均负载视图：
[root@localhost ~]# uptime
12:40:05 up 2:29, 1 user, load average: 0.37, 0.08, 0.03
如果不知道系统的核心数，就无法解释平均负载：
# cat /proc/cpuinfo |grep core
core id : 0
cpu cores : 1
# cat /proc/cpuinfo |grep core
core id : 0
cpu cores : 2
core id : 0
cpu cores : 2
core id : 1
cpu cores : 2
core id : 1
cpu cores : 2
另一方面，CPU 使用率是 CPU 处理非空闲任务所花费的时间百分比。CPU 使用率只能在指定的时间间隔内测量。我们可以通过将空闲时间的百分比从 100 中减去来确定 CPU 使用率。
3.计算CPU使用率
3.1 使用vmstat获取 CPU 使用率
vmstat命令近乎实时地显示 CPU 活动：
# vmstat 3 4
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
4 0 0 1347080 6120 941464 0 0 68 11 72 137 1 2 97 0 0
1 0 0 1347080 6120 941464 0 0 0 0 84 157 1 2 97 0 0
1 0 0 1347080 6120 941464 0 0 0 0 59 107 1 1 98 0 0
1 0 0 1347080 6120 941464 0 0 0 1 59 104 1 1 98 0 0
CPU 下的列提供了处理器时间花费在哪里的概览：
us –运行非内核代码所花费的时间
sy -运行内核代码所花费的时间
id –空闲时间
wa –等待 I/O 所花费的时间
st -从虚拟机中窃取时间
id列是我们感兴趣的。延迟一秒，我们使用 vmstat 计算CPU使用率：
[root@localhost ~]# echo "CPU Usage: "$[100-$(vmstat 1 2|tail -1|awk '{print $15}')]"%"
CPU Usage: 2%
没有提供任何参数的vmstat命令将给出自引导以来的 CPU 时间。这不会提供准确的 CPU 使用百分比。因此，参数只能是 1 和 2，我们采用一秒钟后计算的指标：
# vmstat 1 2
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
0 0 0 299948 439704 2817632 0 0 24 80 0 1 3 1 96 0 0
0 0 0 299388 439716 2817624 0 0 52 0 12639 24736 1 1 98 0 0
3.2. 使用/proc/stat获取 CPU 使用率
CPU 活动也可以从/proc/stat文件中提取。该文件包含自启动以来有关系统的各种指标：
#cat /proc/stat
cpu 65367628 953 22932463 2375856549 2197237 0 1946432 0 0 0
cpu0 17476419 247 6017418 592188525 448421 0 551235 0 0 0
cpu1 15205823 274 5377711 595458052 609782 0 460967 0 0 0
cpu2 17714818 235 6120189 592488511 582748 0 487777 0 0 0
cpu3 14970567 195 5417144 595721459 556284 0 446450 0 0 0
intr 19254483325 128 9 0 0 524 0 3 0 146 0 0 21 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 27 0 63657576 2 241449792 165587438 238303338 155312300 253683406 161946028 268992893 187313418 0 7268232 0 18751463 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 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 173337668793
btime 1648457167
processes 57320268
procs_running 2
procs_blocked 0
softirq 12000130905 1 1247219541 0 1075777327 82816139 0 5752561 2548585639 372991 2744639410
第一行， 'cpu' 是系统所有核心指标的聚合。在具有 4 个内核的系统上，将有 4条cpu线——cpu0、cpu1、cpu2和cpu3。' cpu ' 行中的列表示处理不同任务所花费的时间：
user – 在用户模式下花费的时间
nice – 在用户模式下处理 nice 进程所花费的时间
system – 执行内核代码所花费的时间
idle - 空闲时间
iowait – 等待 I/O 所花费的时间
irq - 服务中断所花费的时间
softirq – 服务软件中断所花费的时间
steal —从虚拟机中窃取的时间
guest - 为来宾操作系统运行虚拟 CPU 所花费的时间
guest_nice – 为“不错的”客户操作系统运行虚拟 CPU 所花费的时间
我们将使用这些指标来计算平均空闲百分比。随后，我们将使用计算值来计算 CPU 使用率。需要注意的是，较旧的 Linux 发行版不计算窃取、来宾或来宾_nice指标。如果我们使用的是旧系统，我们会在计算中忽略这些指标：
平均空闲时间 (%) = (idle * 100) / (user + nice + system + idle + iowait + irq + softirq +steal + guest + guest_nice)
cat /proc/stat |grep cpu |tail -1|awk '{print ($5*100)/($2+$3+$4+$5+$6+$7+$8+$9+$10)}'|awk '{print "CPU Usage: " 100-$1}'
CPU Usage: 2.4219
由于我们正在开发单核系统，因此“cpu”行将与“cpu1 ”相同。因此，tail -1 的使用是 只检索其中一行。然而，我们会在多处理器系统上使用“ cpu ”行，因为它是所有内核上的指标的集合。
3.3. 使用top获取 CPU 使用率
通常，top命令通常用于显示系统上的活动进程以及这些进程消耗了多少资源。不过，我们可以使用这个命令来测量 CPU 的状态：
# top
top - 07:08:31 up 2:41, 1 user, load average: 0.00, 0.00, 0.00
Tasks: 322 total, 2 running, 320 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 10.0 us, 15.0 sy, 0.0 ni, 97.8 id, 0.0 wa, 5.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
MiB Mem : 3709.4 total, 1483.1 free, 1402.0 used, 824.4 buff/cache
MiB Swap: 2048.0 total, 2048.0 free, 0.0 used. 2053.4 avail Mem
-n选项是top命令在结束前应该使用的迭代次数。我们避免使用第一个循环，因为我们检索的指标将是自启动以来的值。因此，我们进行了第二次迭代。
或者，在多处理器系统中，我们必须将给定的“ id”值除以内核数，然后从 100 中减去该值。例如，如果我们在四核系统上运行，并且“ id ”值为 304%，我们将 CPU 使用率计算为：
CPU 使用率 % = 100 – (304/4)
[root@localhost ~]# top -bn2 | grep '%Cpu' | tail -1 | grep -P '(....|...) id,'|awk '{print "CPU Usage: " 100-($8/4) "%"}'
4.结论
在本文中，我们讨论了 CPU 使用率和 CPU 负载之间的区别。许多人交替使用这两个概念，这是不正确的。之后，我们深入研究了用于检索 CPU 利用率指标的各种方法。
