[導讀]平常我們使用?top?命令來查看系統(tǒng)的性能情況，在?top?命令中可以看到很多不同類型的CPU使用率，如下圖紅框中標出部分：下面，我們來介紹一下這些CPU使用率的意義：us：usertime，表示CPU執(zhí)行用戶進程的時間，包括nice時間。通常都是希望用戶空間CPU越高越好。sy...
平常我們使用?
top?命令來查看系統(tǒng)的性能情況，在?top?命令中可以看到很多不同類型的 CPU 使用率，如下圖紅框中標出部分：下面，我們來介紹一下這些 CPU 使用率的意義：
us：user time，表示 CPU 執(zhí)行用戶進程的時間，包括 nice 時間。通常都是希望用戶空間CPU越高越好。sy：system time，表示 CPU 在內(nèi)核運行的時間，包括 IRQ 和 softirq。系統(tǒng) CPU 占用越高，表明系統(tǒng)某部分存在瓶頸。通常這個值越低越好。ni：nice time，具有優(yōu)先級的用戶進程執(zhí)行時占用的 CPU 利用率百分比。id：idle time，表示系統(tǒng)處于空閑期，等待進程運行。wa：waiting time，表示 CPU 在等待 IO 操作完成所花費的時間。系統(tǒng)不應該花費大量的時間來等待 IO 操作，否則就說明 IO 存在瓶頸。hi：hard IRQ time，表示系統(tǒng)處理硬中斷所花費的時間。si：soft IRQ time，表示系統(tǒng)處理軟中斷所花費的時間。st：steal time，被強制等待（involuntary wait）虛擬 CPU 的時間，此時 Hypervisor 在為另一個虛擬處理器服務。
時鐘中斷
首先，我們要知道統(tǒng)計 CPU 使用情況在什么地方執(zhí)行的。在分析之前，我們先來了解下?時鐘中斷：時鐘中斷：是一種硬中斷，由時間硬件（系統(tǒng)定時器，一種可編程硬件）產(chǎn)生。當 CPU 接收到時鐘中斷信號后，會在處理完當前指令后調(diào)用?時鐘中斷處理程序?來完成更新系統(tǒng)時間、執(zhí)行周期性任務等。可以發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)計 CPU 使用情況是在?時鐘中斷處理程序?中完成的。每個 CPU 的使用情況通過?cpu_usage_stat?結(jié)構來記錄，我們來看看其定義：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;
};
從?cpu_usage_stat?結(jié)構的定義可以看出，其每個字段與?top?命令的 CPU 使用率類型一一對應。在內(nèi)核初始化時，會為每個 CPU 創(chuàng)建一個?cpu_usage_stat?結(jié)構，用于統(tǒng)計 CPU 的使用情況。OK，現(xiàn)在我們來分析下內(nèi)核是怎么統(tǒng)計 CPU 的使用情況的。每次執(zhí)行?時鐘中斷處理程序?都會調(diào)用?account_process_tick?函數(shù)進行 CPU 使用情況統(tǒng)計，我們來分析一下?account_process_tick?函數(shù)的實現(xiàn)：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();
????//?說明：user_tick 變量標識當前是否處于執(zhí)行用戶應用程序
????if?(user_tick)?{
????????//?1.?如果?CPU?在執(zhí)行用戶程序,?那么調(diào)用?account_user_time?進行統(tǒng)計
????????account_user_time(p,?cputime_one_jiffy,?one_jiffy_scaled);
????}?else?if?((p?!=?rq->idle)?||?(irq_count()?!=?HARDIRQ_OFFSET))?{
????????//?2.?如果?CPU?在執(zhí)行內(nèi)核代碼,?那么調(diào)用?account_system_time?進行統(tǒng)計
????????account_system_time(p,?HARDIRQ_OFFSET,?cputime_one_jiffy,
????????????????????????????one_jiffy_scaled);
????}?else?{
????????//?3.?否則說明?CPU?在執(zhí)行?idle?進程(也就是處于空閑狀態(tài)),?那么調(diào)用?account_idle_time?進行統(tǒng)計
????????account_idle_time(cputime_one_jiffy);
????}
}
account_process_tick?函數(shù)主要分 3 種情況進行統(tǒng)計，如下：- 如果 CPU 在執(zhí)行用戶程序，那么調(diào)用?
account_user_time?進行統(tǒng)計。 - 如果 CPU 在執(zhí)行內(nèi)核代碼，那么調(diào)用?
account_system_time?進行統(tǒng)計。 - 否則說明 CPU 在執(zhí)行 idle 進程(也就是處于空閑狀態(tài))，那么調(diào)用?
account_idle_time?進行統(tǒng)計。
top: 30px;margin-bottom: 15px;font-weight: bold;font-size: 1.3em;color: rgb(0, 0, 0);border-bottom: 2px solid rgb(239, 112, 96);font-family: Optima-Regular, Optima, PingFangSC-light, PingFangTC-light, "PingFang SC", Cambria, Cochin, Georgia, Times, "Times New Roman", serif;text-align: left;white-space: normal;background-color: rgb(255, 255, 255);">CPU 使用情況統(tǒng)計
下面我們分別對這 3 種統(tǒng)計進行分析。1. 統(tǒng)計用戶程序執(zhí)行時間
統(tǒng)計用戶程序的執(zhí)行時間是通過?account_user_time?函數(shù)來完成的，我們來看看其實現(xiàn)：void?account_user_time(struct?task_struct?*p,?cputime_t?cputime,
???????????????????????cputime_t?cputime_scaled)
{
????//?獲取?CPU?的統(tǒng)計結(jié)構（每個CPU一個?cpu_usage_stat?結(jié)構）
????struct?cpu_usage_stat?*cpustat?=? 
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