转linux c程序获取cpu使用率及内存使用情况

我们在搞性能测试的时候，对后台服务器的CPU利用率监控是一个常用的手段。服务器的CPU利用率高，则表明服务器很繁忙。如果前台响应时间越来越大，而后台CPU利用率始终上不去，说明在某个地方有瓶颈了，系统需要调优。这个是即使不懂技术的人都容易理解的事情。

上面理解对吗？我个人觉得不十分准确。这个要看后台你测试的进程是什么类型的。如果是计算密集型的进程，当前端压力越来越大的时候，很容易把CPU利用率打上去。但是如果是I/O网络密集型的进程，即使客户端的请求越来越多，但是服务器CPU不一定能上去，这个是你要测试的进程的自然属性决定的。比较常见的就是，大文件频繁读写的cpu开销远小于小文件频繁读写的开销。因为在I/O吞吐量一定时，小文件的读写更加频繁，需要更多的cpu来处理I/O的中断。

在Linux/Unix下，CPU利用率分为用户态，系统态和空闲态，分别表示CPU处于用户态执行的时间，系统内核执行的时间，和空闲系统进程执行的时间。平时所说的CPU利用率是指：CPU执行非系统空闲进程的时间 / CPU总的执行时间。

在Linux的内核中，有一个全局变量：Jiffies。 Jiffies代表时间。它的单位随硬件平台的不同而不同。系统里定义了一个常数HZ，代表每秒种最小时间间隔的数目。这样jiffies的单位就是1/HZ。Intel平台jiffies的单位是1/100秒，这就是系统所能分辨的最小时间间隔了。每个CPU时间片，Jiffies都要加1。 CPU的利用率就是用执行用户态+系统态的Jiffies除以总的Jifffies来表示。

在Linux系统中，可以用/proc/stat文件来计算cpu的利用率(详细的解释可参考：http://www.linuxhowtos.org/System/procstat.htm)。这个文件包含了所有CPU活动的信息，该文件中的所有值都是从系统启动开始累计到当前时刻。

如：

1. [sailorhzr@builder ~]$ cat /proc/stat  
2. cpu  432661 13295   86656 422145968   171474 233   5346  
3. cpu 0 123075   2462 23494   105543694 16586   0 4615  
4. cpu 1 111917   4124 23858   105503820 69697   123 371  
5. cpu 2 103164   3554 21530   105521167 64032   106 334  
6. cpu 3 94504   3153 17772   105577285 21158   4 24  
7. intr  1065711094 1057275779   92 0   6 6   0 4   0 3527   0 0   0 70   0 20   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   7376958 0   0 0   0 0   0 0   1054602 0   0 0   0 0   0 0   30 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0   0 0  
8. ctxt  19067887  
9. btime  1139187531  
10. processes  270014  
11. procs_running  1  
12. procs_blocked  0    
13.  

输出解释

CPU 以及CPU0、CPU1、CPU2、CPU3每行的每个参数意思（以第一行为例）为：

参数	解释
user (432661) nice (13295) system (86656) idle (422145968) iowait (171474) irq (233) softirq (5346)	用户态的CPU时间（单位：jiffies） ，不包含 nice值为负进程。1jiffies=0.01秒 nice值为负的进程所占用的CPU时间（单位：jiffies） 从系统启动开始累计到当前时刻，核心时间（单位：jiffies） IO等待时间以外其它等待时间（单位：jiffies） IO等待时间（单位：jiffies） ， 硬中断时间（单位：jiffies） 软中断时间（单位：jiffies）

CPU时间=user+system+nice+idle+iowait+irq+softirq

“intr”这行给出中断的信息，第一个为自系统启动以来，发生的所有的中断的次数；然后每个数对应一个特定的中断自系统启动以来所发生的次数。

“ctxt”给出了自系统启动以来CPU发生的上下文交换的次数。

“btime”给出了从系统启动到现在为止的时间，单位为秒。

“processes (total_forks) 自系统启动以来所创建的任务的个数目。

“procs_running”：当前运行队列的任务的数目。

“procs_blocked”：当前被阻塞的任务的数目。

那么CPU利用率可以使用以下两个方法。先取两个采样点，然后计算其差值：

1. cpu usage=(idle 2 -idle 1 )/(cpu 2 -cpu 1 )* 100  
2. cpu usage=[(user_ 2  +sys_ 2 +nice_ 2 ) - (user_ 1  + sys_ 1 +nice_ 1 )]/(total_ 2  - total_ 1 )* 100  
3.  

以下用分别用bash和perl做的一个cpu利用率的计算：

本人注:以下代码则采用公式为:

1. total_ 0 USER[ 0 ]+NICE[ 0 ]+SYSTEM[ 0 ]+IDLE[ 0 ]+IOWAIT[ 0 ]+IRQ[ 0 ]+SOFTIRQ[ 0 ]  
2. total_ 1 =USER[ 1 ]+NICE[ 1 ]+SYSTEM[ 1 ]+IDLE[ 1 ]+IOWAIT[ 1 ]+IRQ[ 1 ]+SOFTIRQ[ 1 ]  
3. cpu usage=(IDLE[ 0 ]-IDLE[ 1 ]) / (total_ 0 -total_ 1 ) *  100  
4.  

###bash 代码

1. CODE: #!/bin/sh  
2.  
3. ##echo user nice system idle iowait irq softirq  
4. CPULOG_1=$(cat /proc/stat | grep  'cpu '  | awk  '{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}' )  
5. SYS_IDLE_1=$(echo  $CPULOG_1  | awk  '{print $4}' )  
6. Total_1=$(echo  $CPULOG_1  | awk  '{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}' )  
7.  
8. sleep 5  
9.  
10. CPULOG_2=$(cat /proc/stat | grep  'cpu '  | awk  '{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}' )  
11. SYS_IDLE_2=$(echo  $CPULOG_2  | awk  '{print $4}' )  
12. Total_2=$(echo  $CPULOG_2  | awk  '{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}' )  
13.  
14. SYS_IDLE=`expr  $SYS_IDLE_2  -  $SYS_IDLE_1 `  
15.  
16. Total=`expr  $Total_2  -  $Total_1 `  
17. SYS_USAGE=`expr  $SYS_IDLE / $Total *100 |bc -l`  
18.  
19. SYS_Rate=`expr 100- $SYS_USAGE  |bc -l`  
20.  
21. Disp_SYS_Rate=`expr  "scale=3; $SYS_Rate/1"  |bc`  
22. echo  $Disp_SYS_Rate %  
23.  
24.    

###perl 代码

1. #!/usr/bin/perl  
2.  
3. use warnings;  
4.  
5. $SLEEPTIME =5;  
6.  
7. if  (-e  "/tmp/stat" ) {  
8. unlink  "/tmp/stat" ;  
9. }  
10. open (JIFF_TMP,  ">>/tmp/stat" ) || die  "Can't open /proc/stat file!/n" ;  
11. open (JIFF,  "/proc/stat" ) || die  "Can't open /proc/stat file!/n" ;  
12. @jiff_0 =<JIFF>;  
13. print JIFF_TMP  $jiff_0 [0] ;  
14. close (JIFF);  
15.  
16. sleep  $SLEEPTIME ;  
17.  
18. open (JIFF,  "/proc/stat" ) || die  "Can't open /proc/stat file!/n" ;  
19. @jiff_1 =<JIFF>;  
20. print JIFF_TMP  $jiff_1 [0];  
21. close (JIFF);  
22. close (JIFF_TMP);  
23.  
24. @USER =`awk  '{print /$2}'   "/tmp/stat" `;  
25. @NICE =`awk  '{print /$3}'   "/tmp/stat" `;  
26. @SYSTEM =`awk  '{print /$4}'   "/tmp/stat" `;  
27. @IDLE =`awk  '{print /$5}'   "/tmp/stat" `;  
28. @IOWAIT =`awk  '{print /$6}'   "/tmp/stat" `;  
29. @IRQ =`awk  '{print /$7}'   "/tmp/stat" `;  
30. @SOFTIRQ =`awk  '{print /$8}'   "/tmp/stat" `;  
31.  
32. $JIFF_0 = $USER [0]+ $NICE [0]+ $SYSTEM [0]+ $IDLE [0]+ $IOWAIT [0]+ $IRQ [0]+ $SOFTIRQ [0];  
33. $JIFF_1 = $USER [1]+ $NICE [1]+ $SYSTEM [1]+ $IDLE [1]+ $IOWAIT [1]+ $IRQ [1]+ $SOFTIRQ [1];  
34.  
35. $SYS_IDLE =( $IDLE [0]- $IDLE [1]) / ( $JIFF_0 - $JIFF_1 ) * 100;  
36. $SYS_USAGE =100 -  $SYS_IDLE ;  
37.  
38. printf ( "The CPU usage is %1.2f%%/n" , $SYS_USAGE );