1. CPU占用率计算原理
1.1 相关概念
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以及空闲系统进程执行的时间。
我们在控制台输入top命令看到的CPU占有率及其它各项信息，一般我们使用top指令来查看系统的内存状态是否良好。
下面列举下top命令输出的几个重要信息的含义。
1、用户时间(User time)：表示CPU执行用户进程的时间(包括nices时间)。
2、系统时间(System time)：表示CPU在内核运行的时间，包括IRQ和softirq时间(PS: 系统CPU占用率高，一般表示系统IO比较高)。
3、等待时间(Waiting time)：CPU在等待I/O操作完成所花费的时间(PS: 系统花费大量时间来等待I/O操作，说明I/O存在瓶颈)。
4、空闲时间(Idle time)：系统处于空闲期，等待cpu时间片被分配。
5、Nice时间(Nice time)：系统处理硬中断花费的时间。
6、软中断处理时间(SoftIrq time)：系统处理软中断中断所花费的时间。
7、丢失时间(Steal time)：被强制等待(involuntary wait)的虚拟CPU的时间。
1.2 CPU占用率计算
Linux CPU占用率计算，都是根据/proc/stat文件内容计算而来，下面是笔者ubuntu系统stat文件内容的示例：
第一行cpu为总的信息。cpu0—cpu3为各CPU的具体信息，以第一行CPU信息为例： cpu 9205363 13885432 6622734 29151336 12300 0 13423 0， 这几个值分别表示的含义如下：
好，了解完上述的概念，笔者在阐述下CPU占有率的计算公式： CPU时间 = user + system + nice + idle + iowait + irq + softirq + Stl
%us = (User time + Nice time)/CPU时间*100%
%sy = (System time + Hard Irq time +SoftIRQ time) / CPU时间*100%
%id = (Idle time)/CPU 时间*100%
%ni=(Nice time)/CPU 时间*100%
%wa = (Waiting time) / CPU时间*100%
%hi = (Hard Irq time) / CPU 时间*100%
%si = (SoftIRQ time) / CPU时间*100%
%st = (Steal time) / CPU时间*100%
2. CPU占有率内核实现
下面以Linux内核源码版本2.6.32-220.el6 x86_64为例，来介绍操作系统内核是如何计算cpu利用率的。/proc/stat文件的创建由函数proc_stat_init()实现，在文件fs/proc/stat.c中。内核初始化时会调用该接口。/proc/stat文件相关函数实现均在stat.c文件中。对/proc/stat 文件的读写方法为proc_stat_operations。
打开文件函数为stat_open()，函数首先申请大小为size的内存，来存放临时数据（也是我们看到的stat里的最新数据）。
/proc/stat文件数据由show_stat()函数填充。注意00042行的for_each_possible_cpu()循环，是累加计算所有CPU的数据，正是上文提到的/proc/stat文件中第一行cpu值
cpu 9205363 13885432 6622734 29151336 12300 0 13423 0
计算总的CPU的user、nice、system、idle、iowait、irq、softirq、steal时间后，再分别计算各个CPU 的使用情况（00075~00100行）。
00104行计算所有CPU上中断次数，00104~00105行计算CPU上每个中断向量的中断次数。注意：/proc/stat文件中，将所有可能的NR_IRQS个中断向量计数都记录下来，但我们的机器只是用少量的中断向量，这就是看到/proc/stat文件中，intr一行后面很多值为0的原因。
show_stat()函数最后获取进程切换次数nctxt、内核启动的时间btime、 所有创建的进程processes、正在运行进程的数量procs_running、阻塞的进程数量procs_blocked以及所有等待IO的进程数量。
3.Linux CPU占有率精确性分析
在使用类似top命令，观察系统及各进程CPU占用率时，可以指定刷新时间间隔，以及时刷新和实时观察CPU占用率。top命令默认情况下是每3秒刷新一次。也可以通过top -d 刷新时间间隔来指定刷新频率，如：
top -d 0.1
也可以按S键，修改时间间隔。
我们可以将CPU占用率刷新间隔设置很低，比如：0.01 秒。但过低的刷新频率是否能够更准确观察到CPU 占用率？Linux系统提供的CPU占用率信息是否足够精确？
根据前面分析，我们已知 Linux 是根据/proc/stat 文件的内容来计算CPU占用率，也就是精确度和/proc/stat提供的数据精确度有关。那么：
（1）/proc/stat 文件中的内容单位是什么？
（2）多久会刷新/proc/stat 中的数据？
带着这两个疑问，请接着往下看
3.1 /proc/stat中的数据单元精度
/proc/stat中CPU数据信息，单位是ticks。内核中有个全局变量jiffies ，来记录系统启动以来，经历的ticks数量。 cpu1 13 0 200 368639 63 0 0 0 0
ticks（滴答）就是系统时钟中断的间隔，该值与内核中HZ值有关，即ticks = 1/HZ。HZ值的大小，在内核编译时可配置的。笔者ubuntu系统的内核，配置的HZ值为1000。
HZ值，就是每秒的时钟中断数量。可以观察/proc/interrupts 中时钟中断值变化，来计算HZ的值。当HZ的值为1000时，ticks的单位即为1/1000秒，即1ms 。
3.2 CPU利用率统计信息更新
在时钟中断程序中，更新CPU 利用信息，即每个ticks 更新一次。include/linux/kernel_stat.h 中，有相应函数接口，专门用来更新CPU 利用率信息。如account_user_time（）是更新用户态CPU 信息。
每次时钟中断时（ticks），就会更新kernel_stat变量中各个成员变量的值。/proc/stat文件中的值，都是在程序读取时更新，内核并不会主动更新/proc/stat中的数据。/proc/stat中的CPU信息是通过kernel_stat各个成员变量的值计算而来。
3.3 CPU利用率精确性分析
通过前面分析，我们可以得出以下结论：
1、Linux CPU 占用率是根据/proc/stat文件中的数据计算而来；
2、/proc/stat 中的数据精度为ticks ，即1/HZ秒；
3、内核每个ticks 会更新一次CPU 使用信息；
4、CPU 占用率的精度为1/HZ秒。
