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：

[sailorhzr@builder ~]$ cat /proc/stat

cpu
432661 13295

86656 422145968

171474 233

5346

cpu
0 123075

2462 23494

105543694 16586

0 4615

cpu
1 111917

4124 23858

105503820 69697

123 371

cpu
2 103164

3554 21530

105521167 64032

106 334

cpu
3 94504

3153 17772

105577285 21158

4 24

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

ctxt
19067887

btime
1139187531

processes
270014

procs_running
1

procs_blocked
0

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：

cpu usage=(idle
2
-idle
1
)/(cpu
2
-cpu
1
)*
100

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

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:

total_
0
USER[
0
]+NICE[
0
]+SYSTEM[
0
]+IDLE[
0
]+IOWAIT[
0
]+IRQ[
0
]+SOFTIRQ[
0
]

total_
1
=USER[
1
]+NICE[
1
]+SYSTEM[
1
]+IDLE[
1
]+IOWAIT[
1
]+IRQ[
1
]+SOFTIRQ[
1
]

cpu usage=(IDLE[
0
]-IDLE[
1
]) / (total_
0
-total_
1
) *
100

###bash 代码

CODE:
#!/bin/sh

##echo user nice system idle iowait irq softirq

CPULOG_1=$(cat /proc/stat | grep
'cpu '
| awk
'{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}'
)

SYS_IDLE_1=$(echo
$CPULOG_1
| awk
'{print $4}'
)

Total_1=$(echo
$CPULOG_1
| awk
'{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}'
)

sleep 5

CPULOG_2=$(cat /proc/stat | grep
'cpu '
| awk
'{print $2" "$3" "$4" "$5" "$6" "$7" "$8}'
)

SYS_IDLE_2=$(echo
$CPULOG_2
| awk
'{print $4}'
)

Total_2=$(echo
$CPULOG_2
| awk
'{print $1+$2+$3+$4+$5+$6+$7}'
)

SYS_IDLE=`expr
$SYS_IDLE_2
-
$SYS_IDLE_1
`

Total=`expr
$Total_2
-
$Total_1
`

SYS_USAGE=`expr
$SYS_IDLE
/
$Total
*100 |bc -l`

SYS_Rate=`expr 100-
$SYS_USAGE
|bc -l`

Disp_SYS_Rate=`expr
"scale=3; $SYS_Rate/1"
|bc`

echo
$Disp_SYS_Rate
%

###perl 代码

#!/usr/bin/perl

use warnings;

$SLEEPTIME
=5;

if
(-e
"/tmp/stat"
) {

unlink
"/tmp/stat"
;

}

open (JIFF_TMP,
">>/tmp/stat"
) || die
"Can't open /proc/stat file!/n"
;

open (JIFF,
"/proc/stat"
) || die
"Can't open /proc/stat file!/n"
;

@jiff_0
=<JIFF>;

print JIFF_TMP
$jiff_0
[0] ;

close (JIFF);

sleep
$SLEEPTIME
;

open (JIFF,
"/proc/stat"
) || die
"Can't open /proc/stat file!/n"
;

@jiff_1
=<JIFF>;

print JIFF_TMP
$jiff_1
[0];

close (JIFF);

close (JIFF_TMP);

@USER
=`awk
'{print /$2}'

"/tmp/stat"
`;

@NICE
=`awk
'{print /$3}'

"/tmp/stat"
`;

@SYSTEM
=`awk
'{print /$4}'

"/tmp/stat"
`;

@IDLE
=`awk
'{print /$5}'

"/tmp/stat"
`;

@IOWAIT
=`awk
'{print /$6}'

"/tmp/stat"
`;

@IRQ
=`awk
'{print /$7}'

"/tmp/stat"
`;

@SOFTIRQ
=`awk
'{print /$8}'

"/tmp/stat"
`;

$JIFF_0
=
$USER
[0]+
$NICE
[0]+
$SYSTEM
[0]+
$IDLE
[0]+
$IOWAIT
[0]+
$IRQ
[0]+
$SOFTIRQ
[0];

$JIFF_1
=
$USER
[1]+
$NICE
[1]+
$SYSTEM
[1]+
$IDLE
[1]+
$IOWAIT
[1]+
$IRQ
[1]+
$SOFTIRQ
[1];

$SYS_IDLE
=(
$IDLE
[0]-
$IDLE
[1]) / (
$JIFF_0
-
$JIFF_1
) * 100;

$SYS_USAGE
=100 -
$SYS_IDLE
;

printf (
"The CPU usage is %1.2f%%/n"
,
$SYS_USAGE
);