ubuntu下top命令实现分析

最新推荐文章于 2025-05-28 13:01:36 发布

原创最新推荐文章于 2025-05-28 13:01:36 发布 · 5.3k 阅读

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本文介绍了一种跨不同Linux发行版稳定计算CPU使用率的方法。通过对top命令源码的分析，提出了一种通用的解决方案，该方案通过读取/proc/stat文件并解析其中的数据来计算CPU使用率。

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在分析top命令代码实现前，先啰嗦几句。

最近的一个linux项目要获取cpu和内存使用率。由于linux并未提供相关的api，因此，只能通过其他手段来获取；

最开始使用的方式可简单描述如下：

1.构造一个命令字符串，该字符串的功能是通过top命令获取cpu的空闲率；

2.使用popen执行该命令；

3.使用getline等io函数从管道中读取cpu的空闲率；

4.将字符串的空闲率转换成整形值，cpu usage = 100 - idle；

至此，通过上述简单粗暴的办法完成了cpu的使用率计算。

在开始时，这个程序跑在openSuse系统上，并未发现什么问题，直到最近，把该程序放到red hat上跑时，cpu使用率计算异常，为100%。

把相关代码从项目中抠出来，增加日志打印，发现问题出在第3步，从管道读取cpu的空闲率。不同的系统上，top命令输出的数据格式存在细微差异。而上述获取cpu空闲率的方法刚好依赖于数据输出格式，所以才会出现换一种操作系统，cpu使用率计算错误问题。

为了解决上述问题，查看了ubuntu的top命令实现源码，其cpu使用率的计算方式如下：

1.打开“/proc/stat”文件。

2.读取该文件的首行，该行记录了从系统启动以来，cpu的使用信息：

cpu 1660 6942 2790 1518455 952 720 0 0 0 0
计算中我们使用到的有：
user:1660 用户态的运行时间
nice:6942 nice值为负的进程所占用的CPU时间
system:2790 核心态的运行时间
idle:1518455 除IO等待时间以外的其它等待时间
iowait:952 IO等待时间
irq:720 硬中断时间
softirq:0 软中断时间
stealstolen:0 被hypervisor偷去的时间

3.使用sscanf解析读取到的信息；

4.使用解析后的数据进行计算，cpu空闲率的计算公式如下：

totalframe =  user + nice + system + idle + iowait + irq + softirq + stealstolen;
idlerate = (idleframe_new - idleframe_old) * 100.0 / (totalframe_new - totalframe_old);
xxx_old表示上次计算得出的值，xxx_new表示本次获取的值。

通过以上4步，就可以计算出从上一次计算到本次计算这段时间内的cpu的空闲率。

以下是从top命令的实现代码中获取到的关键代码：

int main (int dont_care_argc, char *argv[])
{
    ......   
    for (;;) {
        ......
        frame_make();    //刷新cpu使用率等信息;
        ......
        select(0, NULL, NULL, NULL, &tv);    //定时，默认超时时间为3s;
        ......
    }
}

static void frame_make (void)
{
    ......
    summary_show(); //显示概要信息;
    ......
}

static proc_t **summary_show (void)
{
    ......
    smpcpu = cpus_refresh(smpcpu);  //获取cpu信息;
    ......
    summaryhlp(&smpcpu[Cpu_tot], "Cpu(s):");    //输出cpu信息；
    ......
}

static CPU_t *cpus_refresh (CPU_t *cpus)
{
    ......
    /* by opening this file once, we'll avoid the hit on minor page faults
        (sorry Linux, but you'll have to close it for us) */
    if (!fp) {
        fp = fopen("/proc/stat", "r");
        ...
        cpus = alloc_c((1 + Cpu_tot) * sizeof(CPU_t));
    }
    rewind(fp);
    fflush(fp);

    // first value the last slot with the cpu summary line
    if (!fgets(buf, sizeof(buf), fp)) std_err("failed /proc/stat read");
    cpus[Cpu_tot].x = 0;  // FIXME: can't tell by kernel version number
    cpus[Cpu_tot].y = 0;  // FIXME: can't tell by kernel version number
    cpus[Cpu_tot].z = 0;  // FIXME: can't tell by kernel version number
    num = sscanf(buf, "cpu %Lu %Lu %Lu %Lu %Lu %Lu %Lu %Lu",
        &cpus[Cpu_tot].u,
        &cpus[Cpu_tot].n,
        &cpus[Cpu_tot].s,
        &cpus[Cpu_tot].i,
        &cpus[Cpu_tot].w,
        &cpus[Cpu_tot].x,
        &cpus[Cpu_tot].y,
        &cpus[Cpu_tot].z
    );
    ......
    return cpus;
}

static void summaryhlp (CPU_t *cpu, const char *pfx)
{
    ......
    u_frme = cpu->u - cpu->u_sav;
    s_frme = cpu->s - cpu->s_sav;
    n_frme = cpu->n - cpu->n_sav;
    i_frme = TRIMz(cpu->i - cpu->i_sav);
    w_frme = cpu->w - cpu->w_sav;
    x_frme = cpu->x - cpu->x_sav;
    y_frme = cpu->y - cpu->y_sav;
    z_frme = cpu->z - cpu->z_sav;
    tot_frme = u_frme + s_frme + n_frme + i_frme + w_frme + x_frme + y_frme + z_frme;
    if (tot_frme < 1) tot_frme = 1;
    scale = 100.0 / (float)tot_frme;

    // display some kinda' cpu state percentages
    // (who or what is explained by the passed prefix)
    show_special(
        0,
        fmtmk(
            States_fmts,
            pfx,
            (float)u_frme * scale,
            (float)s_frme * scale,
            (float)n_frme * scale,
            (float)i_frme * scale,
            (float)w_frme * scale,
            (float)x_frme * scale,
            (float)y_frme * scale,
            (float)z_frme * scale
        )
    );
    ......

    // remember for next time around
    cpu->u_sav = cpu->u;
    cpu->s_sav = cpu->s;
    cpu->n_sav = cpu->n;
    cpu->i_sav = cpu->i;
    cpu->w_sav = cpu->w;
    cpu->x_sav = cpu->x;
    cpu->y_sav = cpu->y;
    cpu->z_sav = cpu->z;
}