性能分析之Linux PS&TOP中CPU百分比为什么不一致

今天在7DGroup的群里，老郑提了个问题，ps统计出来的CPU百分比为什么比TOP统计出来的少很多。图如下：

从上面的图来加一下，确实差别比较大呀。

top里面:

800%-16.9%-7.6%-22.1%-29.9%-8.8%-24.4%-16.9%-20.3%=653.1%

ps里面只有300%以下。

为什么会这样呢？

先得了解ps和top有什么区别。

Top是一个monitoring tool，但ps是一个snapshot tool。这是一个本质的区别。

ps是取当前数据的，从/proc/pid目录中取出来。

top是在一直取数据，并且根据刷新周期做计算的。

ps怎么计算CPU的呢？

有几参数如下：

系统启动时间： 是系统自启动以来的总时间长度。

线程启动时间：线程启动的时间点。

线程CPU时间：线程用CPU的时间长度。

线程时间 = 系统启动时间 - 线程启动时间

线程CPU使用率 = 线程CPU时间*1000/线程时间

计算出的CPU使用率百分比 = 线程CPU使用率/10 . 线程CPU使用率%10

• 举例说明：

系统启动时间： 15456374.085712

线程启动时间：9470058.848042

线程CPU时间：987163

线程时间 = 15456374.085712 - 9470058.848042 = 5986315.23767

线程CPU使用率 = 987163 * 1000 / 5986315.23767 = 164.9

计算出的CPU使用率百分比 = 164.9 / 10 . 164.9%10 = 16.5

所以ps计算百分比的数据取自/proc/目录。

从/proc/<pid>/stat取出如下几个时间。

utime：用户模式的CPU时间消耗。

stime：内核模式的CPU时间消耗。

cutime：用户模式的CPU时间消耗，包括子进程。

cstime：内核模式的CPU时间消耗，包括子进程。

starttime：线程启动时间点。

时间消耗是通过CPU时间片来统计的。计算的基础就是CPU时间片，CPU频率就是每秒内的CPU计算次数（但是单精双精浮点运算时CPU时间片是不一样的，这个要注意下）。

下面我们只从取出的值的结果来做计算。

如果想用ps像top一样计算一定时间周期内的CPU使用率，可以按如下方式计算。

[root@7dgroup 2287]# ps -p 2287 -o %cpu,cputime,etime,etimes

%CPU TIME ELAPSED ELAPSED

0.3 00:00:00 01:03 63

这里有两个参数，etime和etimes（这两个参数的header都是ELAPSED），这两个参数别是：

etime：线程自启动以来的持续时间，格式是[DD-]hh:]mm:ss。

etimes：线程自启动以来的持续时间，以秒为单位。

比如说，上面这个2287进程，在第一次取值时，如上所示。

要计算到当前时间消耗了多少CPU，需要再取一次数据。

[root@7dgroup 2287]# ps -p 2287 -o %cpu,cputime,etime,etimes

%CPU TIME ELAPSED ELAPSED

0.3 00:00:01 04:30 270

计算一下时间：

前一次取值时：

CPU时间片消耗是：0（00*3600+00*60+00）

CPU时间窗口是63。计算过程是：1*60+3 = 63.

后一次取值时：

CPU时间片消耗是：1（00*3600+00*60+1）

CPU时间窗口是270。计算过程是：4*60+30 = 270.

CPU使用率计算是：

((1-0)/(270-63))*100 = 0.4

所以这个进程在这段时间内所用的CPU百分比是0.4%。

有兴趣的也可以撸一下ps的源代码。

如果对top计算结果有异议的，也可以去撸下top的源码。

上面逻辑了这么多，那么我们在看一个系统的资源使用率时，要看ps还是top呢？

ps和top的关系如下所示：

top是一个时间周期内的资源统计。

ps是一个个时间点的资源值。

所以如果要监控一个系统的整体资源使用率的话，建议用top来看。

如果要分析到一个具体的线程使用的CPU资源时，再用ps来看。