linux下用/proc/stat文件来计算cpu的利用率-c语言实现

proc文件系统介绍

      /proc文件系统是一个伪文件系统，它只存在内存当中，而不占用外存空间。它以文件系统的方式为内核与进程提供通信的接口。用户和应用程序可以通过/proc得到系统的信息，并可以改变内核的某些参数。由于系统的信息，如进程，是动态改变的，所以用户或应用程序读取/proc目录中的文件时，proc文件系统是动态从系统内核读出所需信息并提交的。

    /proc目录中有一些以数字命名的目录，它们是进程目录。系统中当前运行的每一个进程在/proc下都对应一个以进程号为目录名的目录/proc/pid，它们是读取进程信息的接口。此外，在Linux2.6.0-test6以上的版本中/proc/pid目录中有一个task目录，/proc/pid/task目录中也有一些以该进程所拥有的线程的线程号命名的目录/proc/pid/task/tid，它们是读取线程信息的接口。

/proc/stat文件

[root@root c_study]# cat /proc/stat
cpu  15579 99 13680 698457 10939 40 651 0 0
cpu0 1669 7 1974 338065 1396 5 9 0 0
cpu1 13910 91 11705 360391 9542 35 641 0 0
intr 957831 163 8 0 1 1 0 5 0 1 0 0 0 101 0 0 3582 0 37804 3657 22410 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 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 501479
btime 1363495431
processes 40101
procs_running 1
procs_blocked 0
softirq 1396087 0 693403 12972 15932 35928 3 44577 479 592793
[root@root c_study]#

第一行的数值表示的是CPU总的使用情况，所以我们只要用第一行的数字计算就可以了。下表解析第一行各数值的含义：

参数          解析（单位：jiffies）

(jiffies是内核中的一个全局变量，用来记录自系统启动一来产生的节拍数，在linux中，一个节拍大致可理解为操作系统进程调度的最小时间片，不同linux内核可能值有不同，通常在1ms到10ms之间)

user ( 15579 )    从系统启动开始累计到当前时刻，处于用户态的运行时间，不包含 nice值为负进程。

nice (99)      从系统启动开始累计到当前时刻，nice值为负的进程所占用的CPU时间

system (13680)  从系统启动开始累计到当前时刻，处于核心态的运行时间

idle (698457)   从系统启动开始累计到当前时刻，除IO等待时间以外的其它等待时间

iowait (10939) 从系统启动开始累计到当前时刻，IO等待时间(since 2.5.41)

irq (40)           从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断时间(since 2.6.0-test4)

softirq (651)      从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间(since 2.6.0-test4)

stealstolen(0)     which is the time spent in other operating systems when running in a virtualized environment(since 2.6.11)

guest(0)        which is the time spent running a virtual  CPU  for  guest operating systems under the control of the Linux kernel(since 2.6.24)

 结论：总的cpu时间totalCpuTime = user + nice + system + idle + iowait + irq + softirq + stealstolen +guest

  

/proc/<pid>/stat文件                                          

该文件包含了某一进程所有的活动的信息，该文件中的所有值都是从系统启动开始累计

到当前时刻。以下通过实例数据来说明该文件中各字段的含义。

[zhengangen@buick ~]# cat /proc/6873/stat

6873 (a.out) R 6723 6873 6723 34819 6873 8388608 77 0 0 0 41958 31 0 0 25 0 3 0 5882654 1409024 56 4294967295 134512640 134513720 3215579040 0 2097798 0 0 0 0 0 0 0 17 0 0 0

说明：以下只解释对我们计算Cpu使用率有用相关参数

参数                                                                解释

pid=6873                            进程号

utime=1587                       该任务在用户态运行的时间，单位为jiffies

stime=41958                      该任务在核心态运行的时间，单位为jiffies

cutime=0                            所有已死线程在用户态运行的时间，单位为jiffies

cstime=0                            所有已死在核心态运行的时间，单位为jiffies

结论：进程的总Cpu时间processCpuTime = utime + stime + cutime + cstime，该值包括其所有线程的cpu时间。

/proc/<pid>/task/<tid>/stat文件

 该文件包含了某一进程所有的活动的信息，该文件中的所有值都是从系统启动开始累计到当前时刻。该文件的内容格式以及各字段的含义同/proc/<pid>/stat文件。

         注意，该文件中的tid字段表示的不再是进程号，而是linux中的轻量级进程(lwp)，即我们通常所说的线程。

结论：线程Cpu时间threadCpuTime = utime + stime

总的Cpu使用率计算

计算方法：

1、  采样两个足够短的时间间隔的Cpu快照，分别记作t1,t2，其中t1、t2的结构均为：

(user、nice、system、idle、iowait、irq、softirq、stealstolen、guest)的9元组;

2、  计算总的Cpu时间片totalCpuTime

a)         把第一次的所有cpu使用情况求和，得到s1;

b)         把第二次的所有cpu使用情况求和，得到s2;

c)         s2 - s1得到这个时间间隔内的所有时间片，即totalCpuTime = j2 - j1 ;

3、计算空闲时间idle

idle对应第四列的数据，用第二次的idle - 第一次的idle即可

idle=第二次的idle - 第一次的idle

4、计算cpu使用率

pcpu =100* (total-idle)/total

5、同理可以用同样的方法求出其他进程和线程所占cpu资源

源码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>

#define __DEBUG__ 1
#define CK_TIME 1

int main(int argc ,char *argv[])
{
        FILE *fp;
        char buf[128];
        char cpu[5];
        long int user,nice,sys,idle,iowait,irq,softirq;

        long int all1,all2,idle1,idle2;
        float usage;

        while(1)
        {
                fp = fopen("/proc/stat","r");
                if(fp == NULL)
                {
                        perror("fopen:");
                        exit (0);
                }


                fgets(buf,sizeof(buf),fp);
#if __DEBUG__
                printf("buf=%s",buf);
#endif
                sscanf(buf,"%s%d%d%d%d%d%d%d",cpu,&user,&nice,&sys,&idle,&iowait,&irq,&softirq);
                /*
#if __DEBUG__
printf("%s,%d,%d,%d,%d,%d,%d,%d
",cpu,user,nice,sys,idle,iowait,irq,softirq);
#endif
*/
                all1 = user+nice+sys+idle+iowait+irq+softirq;
                idle1 = idle;
                rewind(fp);
                /*第二次取数据*/
                sleep(CK_TIME);
                memset(buf,0,sizeof(buf));
                cpu[0] = '';
                user=nice=sys=idle=iowait=irq=softirq=0;
                fgets(buf,sizeof(buf),fp);
#if __DEBUG__
                printf("buf=%s",buf);
#endif
                sscanf(buf,"%s%d%d%d%d%d%d%d",cpu,&user,&nice,&sys,&idle,&iowait,&irq,&softirq);
                /*
#if __DEBUG__
printf("%s,%d,%d,%d,%d,%d,%d,%d
",cpu,user,nice,sys,idle,iowait,irq,softirq);
#endif
*/
                all2 = user+nice+sys+idle+iowait+irq+softirq;
                idle2 = idle;

                usage = (float)(all2-all1-(idle2-idle1)) / (all2-all1)*100 ;


                printf("all=%d
",all2-all1);
                printf("ilde=%d
",all2-all1-(idle2-idle1));
                printf("cpu use = %.2f\%
",usage);
                printf("=======================
");

                fclose(fp);
        }
        return 1;
}

gcc编译

gcc -o cpu_use -g cpu_use.c

运行

buf=cpu  15824 100 13772 879622 11014 40 720 0 0
buf=cpu  15837 100 13790 879731 11014 40 720 0 0
all=140
ilde=31
cpu use = 22.14%
=======================
buf=cpu  15837 100 13790 879731 11014 40 720 0 0
buf=cpu  15857 100 13824 879786 11014 40 721 0 0
all=110
ilde=55
cpu use = 50.00%
=======================
buf=cpu  15857 100 13824 879786 11014 40 721 0 0
buf=cpu  15877 100 13856 879842 11014 41 721 0 0
all=109
ilde=53
cpu use = 48.62%
=======================
buf=cpu  15877 100 13857 879842 11014 41 721 0 0
buf=cpu  15897 100 13889 879901 11014 41 722 0 0
all=112
ilde=53
cpu use = 47.32%
=======================