CPU 占用率的計算原理是通過統(tǒng)計 CPU 在一段時間內(nèi)被某個進(jìn)程或整個系統(tǒng)使用的時間，與總時間相比較，得出的一個百分比值，表示 CPU 被占用的程度。以下是具體介紹：

總體原理

某進(jìn)程的 CPU 使用率 = 該進(jìn)程占用的 CPU 時間 / 總 CPU 時間。

不同操作系統(tǒng)下的具體實現(xiàn)

• Linux 系統(tǒng)：
  • 計算所有進(jìn)程總的占用率：依賴于 “/proc/stat” 文件。此文件中包含了如 user（用戶態(tài)的 CPU 時間）、nice（nice 值為正的用戶態(tài) CPU 時間）、system（內(nèi)核時間）、idle（除硬盤 IO 等待時間以外其它等待時間）、iowait（硬盤 IO 等待時間）、irq（硬中斷時間）、softirq（軟中斷時間）等參數(shù)，每個參數(shù)都有對應(yīng)的從系統(tǒng)啟動開始累計到當(dāng)前時刻的計數(shù)值（單位：jiffies），CPU 總時間 = user + system + nice + idle + iowait + irq + softirq。計算某個狀態(tài)的占用率，就用該狀態(tài)下的計數(shù)值除以 CPU 總時間。例如，計算用戶態(tài)占用率為 user / CPU 總時間。這些計數(shù)來源于每 cpu 變量 “kstat”，而 “kstat” 的字段數(shù)據(jù)來源于 tick 中斷的采樣，在定時產(chǎn)生的 tick 中斷中判斷中斷前的狀態(tài)進(jìn)行計數(shù)，分為 “user”、“nice”、“irq”、“softirq”、“system”、“iowait”、“idle” 等幾種狀態(tài)。
  • 計算單個進(jìn)程的占用率：依賴于 “/proc/pid/stat” 文件，其中的 “utime” 和 “stime” 分別表示進(jìn)程的用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)時間計數(shù)，通過這兩個字段可以計算單個進(jìn)程的 CPU 占用率。
  
  
• Windows 系統(tǒng)：Windows 系統(tǒng)通過性能計數(shù)器（Performance Counters）來獲取 CPU 使用情況的相關(guān)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)會記錄不同進(jìn)程和整個系統(tǒng)在不同時間點的 CPU 使用時間等信息，然后基于這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。例如，系統(tǒng)可能會記錄每個進(jìn)程在一段時間內(nèi)處于運行狀態(tài)的時鐘周期數(shù)，通過計算某個進(jìn)程的時鐘周期數(shù)占總時鐘周期數(shù)的比例來得到該進(jìn)程的 CPU 占用率。

實際計算示例

比如在某一段時間內(nèi)，一個進(jìn)程的 “utime” 為 100 個時鐘周期，“stime” 為 50 個時鐘周期（假設(shè) 1 個時鐘周期為 1 毫秒），總 CPU 時間為 1000 毫秒（即 1000 個時鐘周期）。則該進(jìn)程的 CPU 使用率 = ((100 + 50) - (上次的 utime + 上次的 stime)) / (1000) = (150 - 上次的值) / 1000 ，如果上次的值為 0，則此次 CPU 使用率為 150 / 1000 = 15%。
不同的操作系統(tǒng)和工具可能會采用略微不同的方法和數(shù)據(jù)來源來計算 CPU 占用率，但總體原理都是基于對 CPU 使用時間的統(tǒng)計和比較。在實際應(yīng)用中，了解 CPU 占用率的計算原理有助于更好地分析系統(tǒng)性能、排查性能瓶頸以及優(yōu)化程序和系統(tǒng)配置。