什么是 CPU 利用率？怎么算的？

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什么是 CPU 利用率？怎么算的？

CPU 利用率（CPU utilization）是在一段时间内 CPU 非空闲时间的占比，不是瞬时值。 Linux 上它来自内核按 tick 累加的 jiffies 计数器 /proc/stat，采两次求差再相除即可， 所以"利用率"永远是某个时间窗口内的平均值，窗口越短抖动越大。

1. /proc/stat 里的几个计数器

cpu  3357123 1204 88123 99812345 3321 0 4521 0 0 0
     │      │    │     │        │    │   │    │
     │      │    │     │        │    │   │    └ irq 之后新增字段（guest 等）
     │      │    │     │        │    │   └ softirq 软中断
     │      │    │     │        │    └ steal 被宿主机抢走的时间（虚拟机）
     │      │    │     │        └ iowait 等 IO 完成的空闲时间
     │      │    │     └ idle 真空闲
     │      │    └ system 内核态
     │      └ nice 低优先级用户态
     └ user 普通用户态
字段含义是否算"忙"
user用户态执行时间算
nice调整过优先级的用户态时间算
system内核态（系统调用、中断处理）算
idle真空闲不算
iowaitCPU 空闲但仍有未完成磁盘 IO有争议，多数监控不算
irq / softirq硬中断 / 软中断处理算
steal虚拟化环境下被宿主机占走算，但要单独看

2. 计算公式

total = user + nice + system + idle + iowait + irq + softirq + steal
busy  = total - idle - iowait                （常见口径，可再减 steal）
util  = (busy2 - busy1) / (total2 - total1) × 100%

注意 jiffies 的精度：USER_HZ 通常是 100，即一个 tick 10ms。窗口取 1 秒只有 100 个采样点， 再短就没有统计意义。容器里还要看 cgroup 的 cpu.stat，它按真实纳秒记账，比 /proc/stat 准。

3. 代码：自己算一次

// 读两次 /proc/stat，间隔 1 秒算区间利用率
func readCPU() (busy, total uint64) {
    data, _ := os.ReadFile("/proc/stat")
    var user, nice, sys, idle, iowait, irq, softirq, steal uint64
    fmt.Sscanf(strings.Split(string(data), "\n")[0],
        "cpu %d %d %d %d %d %d %d %d", &user, &nice, &sys, &idle, &iowait, &irq, &softirq, &steal)
    total = user + nice + sys + idle + iowait + irq + softirq + steal
    return total - idle - iowait, total
}

b1, t1 := readCPU()
time.Sleep(time.Second)
b2, t2 := readCPU()
fmt.Printf("util = %.1f%%\n", float64(b2-b1)*100/float64(t2-t1))

top -bn1 | head -5                 # 一看 us/sy/id/wa/st
mpstat -P ALL 1 3                  # 每核明细，找单核打满
pidstat -u -p 1234 1               # 单进程 us/sy
cat /sys/fs/cgroup/cpu.stat        # 容器内：usage_usec / nr_throttled

4. 常见追问

Q：iowait 到底算不算忙？ 它表示"CPU 空闲但系统里有未完成的磁盘 IO"，说明瓶颈可能在磁盘而不是 CPU。 监控上通常单独看 %wa，既不算 100% 忙，也不能当健康。

Q：为什么 top 显示 CPU 100%，但吞吐上不去？ 常见三种：单核打满而任务不可并行（看 mpstat 是否有核 100%）；大量时间耗在 sy（系统调用、锁竞争）； softirq 高（网卡收包太猛，需调 RSS/多队列或开 RPS）。

Q：steal 高说明什么？ 说明虚拟机想跑但物理 CPU 被别的租户占着，属于宿主机超卖。此时应用侧再怎么优化也没用， 要看宿主机配额或换规格。

Q：为什么容器里 CPU 利用率常常对不上？ /proc/stat 是宿主机全局的，容器内看到的是整机数据；限流（cgroup quota）导致的 throttling 只会体现在 cpu.stat 的 nr_throttled 上，利用率甚至可能只有 50% 却被卡住。

小结

利用率 = 非空闲 tick 占比，数据源是 /proc/stat，必须采两次求差。 真正有价值的是拆开看：us 高说明算得太多，sy 高说明内核/锁太忙，wa 高说明磁盘拖后腿， st 高说明被虚机抢了 CPU。只会说"CPU 100%"是拿不到分的。

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