平时我们使用top命令来查看系统的性能情况linux cpu占用率 命令，在top命令中可以看见好多不同类型的CPU使用率，如右图红框中标出部份：
下边，我们来介绍一下这种CPU使用率的意义：
其实，单靠前面的解释来理解它们的意义还是比较困难的。所以，本文主要从源码的角度来剖析它们究竟代表哪些。
时钟中断
首先，我们要晓得统计CPU使用情况在哪些地方执行的。在剖析之前，我们先来了解下时钟中断：
时钟中断：是一种硬中断，由时间硬件（系统定时器linux cpu占用率 命令，一种可编程硬件）形成。当CPU接收到时钟中断讯号后，会在处理完当前指令后调用时钟中断处理程序来完成更新系统时间、执行周期性任务等。
可以发觉，统计CPU使用情况是在时钟中断处理程序中完成的。
每位CPU的使用情况通过cpu_usage_stat结构来记录，我们来瞧瞧其定义：
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;
};
从cpu_usage_stat结构的定义可以看出，其每位数组与top命令的CPU使用率类型一一对应。在内核初始化时，会为每位CPU创建一个cpu_usage_stat结构，用于统计CPU的使用情况。
OK，如今我们来剖析下内核是如何统计CPU的使用情况的。
每次执行时钟中断处理程序还会调用account_process_tick函数进行CPU使用情况统计，我们来剖析一下account_process_tick函数的实现：
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();
// 说明：user_tick 变量标识当前是否处于执行用户应用程序
if (user_tick) {
// 1. 如果 CPU 在执行用户程序, 那么调用 account_user_time 进行统计
account_user_time(p, cputime_one_jiffy, one_jiffy_scaled);
} else if ((p != rq->idle) || (irq_count() != HARDIRQ_OFFSET)) {
// 2. 如果 CPU 在执行内核代码, 那么调用 account_system_time 进行统计
account_system_time(p, HARDIRQ_OFFSET, cputime_one_jiffy,
one_jiffy_scaled);
} else {
// 3. 否则说明 CPU 在执行 idle 进程(也就是处于空闲状态), 那么调用 account_idle_time 进行统计
account_idle_time(cputime_one_jiffy);
}
}
account_process_tick函数主要分3种情况进行统计，如下：
CPU使用情况统计
下边我们分别对这3种统计进行剖析。
1.统计用户程序执行时间
统计用户程序的执行时间是通过account_user_time函数来完成的，我们来瞧瞧其实现：
void account_user_time(struct task_struct *p, cputime_t cputime,
cputime_t cputime_scaled)
{
// 获取 CPU 的统计结构（每个CPU一个 cpu_usage_stat 结构）
struct cpu_usage_stat *cpustat = &kstat_this_cpu.cpustat;
cputime64_t tmp;
...
// 分 2 种情况统计 CPU 的使用情况
// 1. 如果进程的 nice 值大于0, 那么将会统计到 nice 字段中
// 2. 如果进程的 nice 值小于等于0, 那么将会统计到 user 字段中
if (TASK_NICE(p) > 0)
cpustat->nice = cputime64_add(cpustat->nice, tmp);
else
cpustat->user = cputime64_add(cpustat->user, tmp);
...
}
account_user_time函数主要分两种情况统计：
这儿说明一下进程nice值的作用，nice值越大，说明进程的优先级越低。所以，nice统计值主要拿来统计低优先级进程的占使用CPU的情况。也说明了，user和nice统计值都属于执行用户程序的CPU时间。
2.统计内核代码执行时间
若果在发生时钟中断前，CPU处于内核态，也就是说在执行内核代码。这么将会调用account_system_time函数进行统计，account_system_time函数实现如下：
void account_system_time(struct task_struct *p, int hardirq_offset,
cputime_t cputime, cputime_t cputime_scaled)
{
// 获取 CPU 的统计结构（每个CPU一个 cpu_usage_stat 结构）
struct cpu_usage_stat *cpustat = &kstat_this_cpu.cpustat;
cputime64_t tmp;
...
// 主要分 3 种情况进行统计
// 1. 如果当前处于硬中断执行上下文, 那么统计到 irq 字段中
// 2. 如果当前处于软中断执行上下文, 那么统计到 softirq 字段中
// 3. 否则统计到 system 字段中
if (hardirq_count() - hardirq_offset)
cpustat->irq = cputime64_add(cpustat->irq, tmp);
else if (softirq_count())
cpustat->softirq = cputime64_add(cpustat->softirq, tmp);
else
cpustat->system = cputime64_add(cpustat->system, tmp);
...
}
account_system_time函数主要分3种情况进行统计：
从里面代码可以看出，irq和softirq统计值也算是内核代码执行时间。
3.idle进程执行时间统计
当系统中没有可运行的进程时，将会执行idle进程。也就是说，当系统执行idle进程时，表示系统正处于空闲状态。
idle进程执行时间统计由account_idle_time函数完成，其实现如下：
void account_idle_time(cputime_t cputime)
{
struct cpu_usage_stat *cpustat = &kstat_this_cpu.cpustat;
cputime64_t cputime64 = cputime_to_cputime64(cputime);
struct rq *rq = this_rq();
// 分 2 种情况统计 CPU 的使用情况
// 1. 如果系统有进程正在等待 I/O 操作完成, 那么将统计到 iowait 字段中
// 2. 否则将统计到 idle 字段中
if (atomic_read(&rq->nr_iowait) > 0)
cpustat->iowait = cputime64_add(cpustat->iowait, cputime64);
else
cpustat->idle = cputime64_add(cpustat->idle, cputime64);
}
account_idle_time函数也分两种情况进行统计：
从前面的剖析可以看出，iowait统计值也属于空闲时间的一种。
top命令的CPU使用率
通过源码剖析，我们晓得top命令中CPU使用率各种类型的意思，如今我们来介绍一下top命令是如何估算各种类型的CPU使用率。
要获取各个CPU的使用情况信息，可以通过读取/proc/stat文件获取linux伊甸园，如下：
[vagrant@localhost ~]$ cat /proc/stat
cpu 245 10 1142 1097923 95 0 28 0 0 0
cpu0 245 10 1142 1097923 95 0 28 0 0 0
...
里面的结果显示了CPU的使用情况信息，第一行代表所有CPU的总和，而第二行开始表示每位CPU核心的使用情况信息。由于我的笔记本只有一个核，所以只有一条数据。
下边谈谈这种数据的意义，从第一个数值开始分别代表：user，nice，systemlinux 软件，idle，iowait，irq，softirq，steal。
所以，top命令的CPU使用率估算公式如下：
CPU总时间 = user + nice + system + idle + wait + irq + softirq + steal
%us = user / CPU总时间
%ni = nice / CPU总时间
%sy = system / CPU总时间
%id = idel / CPU总时间
%wa = wait / CPU总时间
%hi = irq / CPU总时间
%si = softirq / CPU总时间
%st = steal / CPU总时间
嗯，看上去还是挺简单的。
总结
本文主要剖析了top命令中的CPU使用率的意义和实现原理，希望通过本文，还能帮助你们对top命令有更深的认识。
