一 在容器内无法通过top命令获取真实cpu使用率

当容器云平台中一些节点出现负载过高、导致应用程序异常时，一个主要的解决方案就是找出对cpu占用过高的进程。容器云平台主要跑的都是容器进程，如何查看容器进程对cpu的真实使用率就成了一件重要的事情。

在宿主机我们可以通过top命令查看，但是在容器里，你通过top命令是无法查看到容器本身总共占用了多cpu资源的，看到的依然是宿主机的状态

我们进入容器内执行top查看：docker run -ti –name test centos:7 sh

发现容器内进程消耗0.7+0.7+0.3+0.0，而容器内的sh进程与top进程都没有消耗这么多cpu，这就验证了我们的说法：在容器内是无法通过top命令获取容器对cpu的占用率的

既然top命令做不到，那么就需要我们自己开发工作来获取容器对cpu的真实占用率，具体怎么获取？先来储备一个知识，请看下一小节

二 获取cpu的真实使用率

2.1 获取单个进程对cpu的使用率

先来储备两个非常重要的知识

• 1、关于cpu使用率
  某个用户进程对cpu的利用率 = 用户进程占用的cpu时间（包括用户态us+内核态sy） / cpu经历的这段总时间
  进程对cpu的利用率为100%代表使用1颗cpu
  进程对cpu的利用率为200%代表使用2颗cpu
  如果宿主机只有4颗cpu，那么某个进程对cpu的利用率最多400%
  总结：cpu使用率反应的是cpu的利用情况

• 2、关于load average
  在某段时间内平均活跃的进程数（包含系统处于可运行状态以及不可中断状态的平均进程数）
  如果宿主机有4颗cpu，那么平均负载是可以超过4的
  总结：负载负载反应的cpu的工作量

• 3、进程从启动那一刻开始linux操作系统就会累积该进程对cpu的资源的占用时间，没错是累加的。
  举例：开机后时间在一分一秒地走，此时我们发现当前时间为18:00，某进程占用cpu的时间的累积总量为10s，然后时间来到了19:00，我们发现该进程对cpu的占用时间累积到了100s，那么在cpu经历的这一个小时内，该进程对cpu的占用时间为100s-10s

具体来说负责记录下进程对cpu资源累积占用的是linux系统中proc文件系统

top命令就是通过查看proc文件系统中每个进程对应stat文件中的2个数值来完成统计的

# 1、测试脚本
[root@test04 ~]# cat a.sh 
i=0
while true;
do
    let i++
done
[root@test04 ~]# 
 
# 2、执行
[root@test04 ~]# sh a.sh &
[1] 43157
 
# 3、查看
[root@test04 ~]# cat /proc/43157/stat | awk '{print $14,$15}'
1314 14

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

cat /proc/19838/stat 的内容有50多项，包括进程pid、名字、运行状态、ppid、优先级、内存使用等。要统计cpu使用率，主要关注第14项utime与第15项目stime

• 1、utime代表进程的用户态部分在linux系统调度中获取的cpu的ticks

• 2、stime代表进程的内核态部分在linux系统调度中获取的cpu的ticks

ticks是linux系统的一个时间单位，与人们熟悉的秒、毫秒一样都是时间单位，只不过在linux中一个tick代表一次中断的周期，这个周期需要耗费的时间由中断频率HZ决定，HZ在linux系统中默认为100，可以用如下命令查看

[root@test04 ~]# getconf CLK_TCK # HZ为100代表1s内发生100次中断，
100

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

那想知道一个tick具体代表多长时间就是：1/100 秒，即一次中断耗费的时间是1/100秒，也就是一个tick所代表的的时间。如果utime等于150ticks，就相当于150*1/100=1.5秒，代表进程从启动那一刻到现在总共在用户态运行了1.5秒钟。

那如何统计进程对cpu的占用率呢，公式如下

进程的 CPU 使用占比 =((utime_2 – utime_1) + (stime_2 – stime_1)) / (HZ * et * 1 )
 
上述结果为一个小数，想要得到百分率，需要乘以100，如下
进程的 CPU 使用百分率 = ((utime_2 – utime_1) + (stime_2 – stime_1)) * 100 / (HZ * et * 1 )

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

et为统计的时间间隔，如果为10s，那么我们需要在开始获取一下utime_1与stime_1

然后等待10s后，再次获取，即utime_2与stime_2

那么((utime_2 – utime_1) + (stime_2 – stime_1))代表的就是10s内，该进程累积对占用的用户态与内核态的ticks总数

(HZ et 1 )中1代表1颗cpu、et代表时间间隔，HZ代表中断频率，ticks是按照固定频率发生的，在linux系统中默认HZ为100，代表1秒钟是100次，所以"(HZ et 1 )即（100 10 1）"，代表10s内一个cpu总共的ticks数

综上，上面的公司我们可以简化为

进程的 CPU 使用百分率 =（某段时间内进程占内核态与用户态ticks/ 该段时间内单个 CPU 总 ticks）*100.0
 
最后乘以那个100代表转换为百分比

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

补充：一个cpu的完整工作时间，可能服务过多个进程，如下图颜色标注代表cpu服务过3个进程，红色框代表的进程可能占用的只是tick3、tick6、tick7这三个时间片，那么该段时间内，红色框进程对cpu的占用率（注意对cpu的占用率一定统计的是单颗）就是3/7

举例

我们用命令查看启动进程的cpu占用率为：7.6

[root@test04 ~]# sh a.sh &
[1] 63214
[root@test04 ~]# ps aux |head -1
USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
[root@test04 ~]# ps aux |grep 63214 |grep a.sh
root      63214  7.6  0.1 113552  3316 pts/0    S    12:30   1:43 sh a.sh

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

然后我们自己编写脚本来统计该进程对cpu的占用率

utime1=$(cat /proc/63214/stat | awk '{print $14}')
stime1=$(cat /proc/63214/stat | awk '{print $15}')
 
sleep 10                                 # 等待10s后
 
utime2=$(cat /proc/63214/stat | awk '{print $14}')
stime2=$(cat /proc/63214/stat | awk '{print $15}')
 
user_ticks=$((utime2-utime1))
sys_ticks=$((stime2-stime1))
process_total_ticks=$((user_ticks+sys_ticks))
 
cpu_total_ticks=$((100 * 10 * 1))
 
echo ${process_total_ticks} / ${cpu_total_ticks} | bc -l 

				

					
				
				

					
				
				

					
				
				

					
				
			

输出.07600000000000000000，与我们用ps命令或者top命令看到的7.6一致

2.2 统计整个系统对cpu的使用率

top命令是如何统计出一个cpu上，所有的us进程对整颗cpu的占用率，以及sys、ni、id、wa、hi、si、st各自对本颗cpu的占用率呢？