在Linux系统中,CPU使用率是衡量系统性能的核心指标之一，它直接反映了CPU资源的利用情况，无论是系统管理员还是开发者，掌握准确获取CPU使用率的方法都是排查性能瓶颈、优化系统运行的关键，本文将详细介绍Linux系统中获取CPU使用率的多种方式，涵盖命令行工具、编程接口以及性能分析工具，帮助读者全面理解并灵活应用这些方法。
使用基础命令行工具快速查看CPU使用率
Linux系统提供了多个简单易用的命令行工具,让用户能够快速查看CPU使用率。top和htop是最常用的交互式工具，而uptime和vmstat则提供了更简洁的概览信息。
top命令：动态监控系统资源
top命令是Linux中最经典的性能监控工具之一，默认会以每秒一次的频率刷新显示CPU使用情况，在top的输出界面中，前五行是系统整体信息，第三行”%Cpu(s)”部分详细展示了CPU的使用分布：
us（user space）：用户空间占用CPU的百分比，即用户进程执行消耗的CPU时间。sy（system）：内核空间占用CPU的百分比，即系统调用和内核进程消耗的CPU时间。ni（nice）：优先级进程占用CPU的百分比，即通过nice值调整过优先级的用户进程。id（idle）：CPU空闲时间百分比。wa（I/O wait）：等待I/O操作完成而消耗的CPU时间百分比。hi（hardware interrupts）：处理硬件中断消耗的CPU时间。si（software interrupts）：处理软件中断消耗的CPU时间。
通过top的交互命令，如按1可以切换显示每个逻辑CPU的使用情况，按c可以切换显示完整命令路径，方便用户快速定位高CPU消耗的进程。
htop命令：增强版进程监控
htop是top的升级版，提供了更友好的用户界面和更丰富的功能，它以不同颜色区分不同类型的进程，支持鼠标操作，并且可以直接通过快捷键终止或重新启动进程，在htop的界面顶部，CPU使用率以条形图形式直观展示，用户可以清晰看到每个核心的负载情况。htop还支持进程树状显示，帮助用户理解父子进程间的资源占用关系。
uptime命令：快速查看系统负载
uptime命令虽然简单，但能快速反映系统的整体负载情况，其输出中的”load average”值表示过去1分钟、5分钟和15分钟系统的平均负载，数值越高说明系统负载越大，在多核CPU系统中，load average值超过CPU核心数时，通常意味着CPU资源紧张。
vmstat命令：虚拟内存统计
vmstat命令可以报告进程、内存、分页、I/O、CPU和中断等信息，CPU相关的列包括us、sy、id、wa等，与top命令中的含义一致，通过定期执行vmstat命令，可以观察CPU使用率的变化趋势，适用于脚本自动化监控场景。
通过/proc文件系统获取原始CPU数据
Linux的/proc文件系统是一个虚拟文件系统，它提供了内核与进程相关的实时信息。/proc/stat文件包含了CPU的详细统计信息，是编程获取CPU使用率的主要数据来源。
/proc/stat文件中的第一行”cpu”是所有CPU的累计统计，格式为：
cpu user nice system idle iowait irq softirq steal guest guest_nice各字段分别表示：
user：用户空间消耗的CPU时间（单位：jiffies，一种时钟tick）。nice：优先级进程消耗的CPU时间。system：内核空间消耗的CPU时间。idle：CPU空闲时间。iowait：等待I/O的时间。irq、softirq：硬件和软件中断消耗的时间。steal：虚拟化环境中， hypervisor偷走的CPU时间。guest、guest_nice：运行虚拟机消耗的时间。
要计算CPU使用率,需要采样两次/proc/stat文件的数据，通过公式计算：
CPU使用率 = ( (user2 + nice2 + system2 + idle2 + ...) - (user1 + nice1 + system1 + idle1 + ...) ) / (总时间差) * 100%总时间差为两次采样所有字段值的差值之和,这种方法适合编写脚本进行自动化监控，获取精确的CPU使用率数据。
使用编程接口获取CPU使用率
对于需要将CPU使用率监控集成到应用程序中的场景,可以通过编程接口实现，Python、Shell脚本等语言都提供了读取/proc/stat或调用系统命令的方式。
Python实现
通过Python的psutil库可以轻松获取CPU使用率，该库跨平台且功能强大。
import psutil print(psutil.cpu_percent(interval=1)) # 获取1秒内的CPU使用率 print(psutil.cpu_percent(interval=None, percpu=True)) # 获取每个核心的使用率
psutil.cpu_percent()函数的interval参数指定采样时间，percpu参数控制是否返回每个核心的使用率。
Shell脚本实现
在Shell脚本中,可以通过解析/proc/stat文件计算CPU使用率，以下是一个简单的示例：
#!/bin/bash
prev_idle=$(cat /proc/stat | head -n 1 | awk '{print $5}')
prev_total=$(cat /proc/stat | head -n 1 | awk '{sum=0; for(i=2;i<=11;i++) sum+=$i; print sum}')
sleep 1
next_idle=$(cat /proc/stat | head -n 1 | awk '{print $5}')
next_total=$(cat /proc/stat | head -n 1 | awk '{sum=0; for(i=2;i<=11;i++) sum+=$i; print sum}')
idle_diff=$((next_idle - prev_idle))
total_diff=$((next_total - prev_total))
cpu_usage=$((100 * (total_diff - idle_diff) / total_diff))
echo "CPU Usage: $cpu_usage%"
该脚本通过两次采样/proc/stat文件，计算CPU使用率并输出结果。
使用专业性能分析工具深入分析
对于复杂的性能问题,仅查看CPU使用率可能不够，需要借助专业工具进行深入分析。mpstat、sar和perf是Linux中常用的性能分析工具。
mpstat命令：多CPU统计
mpstat是sysstat包的一部分，可以分别显示每个CPU的使用情况。mpstat -P ALL 1命令会每秒输出所有CPU（包括整体和每个核心）的使用率统计，方便对比分析不同核心的负载差异。
sar命令：系统活动报告
sar命令可以收集、保存和报告系统的历史活动数据，通过安装sysstat包后使用。sar -u 1 5会每秒收集一次CPU使用率，共收集5次，输出结果包含%user、%system、%iowait`等指标，适合长期性能监控。
perf工具：性能分析利器
perf是Linux内核自带的性能分析工具，功能强大，可用于CPU事件采样、函数分析等。perf top命令可以实时显示占用CPU最多的函数和指令，帮助开发者定位热点代码。perf record和perf report组合可以生成详细的性能分析报告，适用于深度性能调优。
Linux系统中获取CPU使用率的方法多种多样,从简单的命令行工具到专业的性能分析工具，每种方法都有其适用场景，基础命令如top、htop适合快速查看系统状态，/proc文件系统和编程接口适合自动化监控和二次开发，而mpstat、sar和perf等工具则适用于深入的性能分析和调优，根据实际需求选择合适的方法，并结合多种工具的数据进行综合分析，才能准确把握CPU资源的使用情况，有效解决系统性能问题，掌握这些技能，不仅能提升运维效率，还能为应用程序的性能优化提供有力支持。
