CPU 负载¶

Linux通过``/proc/stat``和``/proc/uptime``导出各种信息，用户空间工具如top(1)使用这些信息计算系统花费在某个特定状态的平均时间。例如：

$ iostat Linux 2.6.18.3-exp (linmac) 02/20/2007

avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle

10.01 0.00 2.92 5.44 0.00 81.63

…

这里系统认为在默认采样周期內有10.01%的时间工作在用户空间，2.92%的时间用在系统空间，总体上有81.63%的时间是空闲的。

大多数情况下``/proc/stat``的信息几乎真实反映了系统信息，然而，由于内核采集这些数据的方式/时间的特点，有时这些信息根本不可靠。

那么这些信息是如何被搜集的呢？每当时间中断触发时，内核查看此刻运行的进程类型，并增加与此类型/状态进程对应的计数器的值。这种方法的问题是在两次时间中断之间系统（进程）能够在多种状态之间切换多次，而计数器只增加最后一种状态下的计数。

举例 —

假设系统有一个进程以如下方式周期性地占用cpu:

 两个时钟中断之间的时间线
|-----------------------|
 ^                     ^
 |_ 开始运行           |
                       |_ 开始睡眠
                       （很快会被唤醒）

在上面的情况下，根据``/proc/stat``的信息（由于当系统处于空闲状态时，时间中断经常会发生）系统的负载将会是0

大家能够想象内核的这种行为会发生在许多情况下，这将导致``/proc/stat`` 中存在相当古怪的信息:

/* gcc -o hog smallhog.c */
#include <time.h>
#include <limits.h>
#include <signal.h>
#include <sys/time.h>
#define HIST 10

static volatile sig_atomic_t stop;

static void sighandler (int signr)
{
(void) signr;
stop = 1;
}
static unsigned long hog (unsigned long niters)
{
stop = 0;
while (!stop && --niters);
return niters;
}
int main (void)
{
int i;
struct itimerval it = { .it_interval = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 1 },
                        .it_value = { .tv_sec = 0, .tv_usec = 1 } };
sigset_t set;
unsigned long v[HIST];
double tmp = 0.0;
unsigned long n;
signal (SIGALRM, &sighandler);
setitimer (ITIMER_REAL, &it, NULL);

hog (ULONG_MAX);
for (i = 0; i < HIST; ++i) v[i] = ULONG_MAX - hog (ULONG_MAX);
for (i = 0; i < HIST; ++i) tmp += v[i];
tmp /= HIST;
n = tmp - (tmp / 3.0);

sigemptyset (&set);
sigaddset (&set, SIGALRM);

for (;;) {
        hog (n);
        sigwait (&set, &i);
}
return 0;
}

参考 —

谢谢 —

Con Kolivas, Pavel Machek