CPU利用率是衡量系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，反映CPU在特定時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行有效任務(wù)的時(shí)間占比。CPU利用率是衡量處理器在特定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行有效任務(wù)的比例，反映其資源被占用的程度。本文詳細(xì)跟大家介紹下CPU利用率如何計(jì)算，有需要的小伙伴趕緊學(xué)習(xí)起來。
一、CPU利用率的核心定義
CPU利用率 = (CPU執(zhí)行有效任務(wù)的時(shí)間) / (總觀測(cè)時(shí)間) × 100%
有效任務(wù)時(shí)間：包括用戶程序、系統(tǒng)內(nèi)核、中斷處理等非空閑狀態(tài)的時(shí)間。
總觀測(cè)時(shí)間：通常為統(tǒng)計(jì)周期或系統(tǒng)啟動(dòng)后的總時(shí)長(zhǎng)。
理想范圍：長(zhǎng)期低于70%為健康狀態(tài)，持續(xù)超過90%可能引發(fā)性能瓶頸。
二、單核CPU利用率的計(jì)算方法
基于時(shí)間片統(tǒng)計(jì)
原理：在固定時(shí)間間隔內(nèi)，多次采樣CPU狀態(tài)，計(jì)算運(yùn)行時(shí)間占比。
公式：
CPU利用率=(1?總采樣時(shí)間空閑時(shí)間)×100%示例：
若1秒內(nèi)采樣10次，發(fā)現(xiàn)CPU空閑3次，則：
利用率=(1?10.3)×100%=70%通過系統(tǒng)文件讀取
步驟：
讀取/proc/stat(Linux)或sysctl vm.loadavg獲取CPU時(shí)間統(tǒng)計(jì)。
計(jì)算兩次采樣間的差值，得到運(yùn)行時(shí)間增量。
關(guān)鍵字段(Linux)：
cpu 用戶態(tài) 低優(yōu)先級(jí)用戶態(tài) 內(nèi)核態(tài) 空閑 等待I/O 硬中斷 軟中斷1000 2000 500 3000 4000 100 200 300
公式：
利用率=總時(shí)間用戶態(tài)+內(nèi)核態(tài)+低優(yōu)先級(jí)用戶態(tài)×100%
三、多核CPU利用率的計(jì)算方法
整體利用率
公式：
整體利用率=n∑i=1n核心i利用率示例：
4核CPU中，3核利用率為80%，1核為20%，則整體利用率為：
480%+80%+80%+20%=65%負(fù)載均衡場(chǎng)景下的峰值利用率
若任務(wù)均勻分配，整體利用率接近單核最大值。
工具推薦：
top/htop(Linux)：按1查看各核心實(shí)時(shí)利用率。
任務(wù)管理器(Windows)：切換至“性能”標(biāo)簽頁查看邏輯處理器狀態(tài)。
四、動(dòng)態(tài)與靜態(tài)計(jì)算的區(qū)別
實(shí)時(shí)利用率
通過高頻采樣計(jì)算瞬時(shí)狀態(tài)，適用于監(jiān)控告警。
工具：uptime、vmstat 1。
統(tǒng)計(jì)周期利用率
計(jì)算過去N分鐘的平均利用率，反映長(zhǎng)期趨勢(shì)。
工具：
sar -u 1 300(Linux)：每秒采樣，共300次。
Windows性能監(jiān)視器：設(shè)置“計(jì)數(shù)器日志”記錄% Processor Time。
五、常見問題與優(yōu)化建議
利用率虛高但性能差
原因：高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程占用CPU但未完成有效工作。
排查：使用perf top或Process Explorer分析進(jìn)程級(jí)CPU占用。
利用率波動(dòng)大
原因：突發(fā)任務(wù)。
優(yōu)化：通過負(fù)載均衡或容器編排分散任務(wù)。
多核利用率不均衡
原因：程序未實(shí)現(xiàn)多線程并行。
優(yōu)化：使用OpenMP、CUDA等并行計(jì)算框架。
在多核處理器中，CPU利用率需區(qū)分單核與整體指標(biāo)。單核利用率反映單個(gè)核心的負(fù)載，整體利用率為所有核心利用率的平均值。實(shí)際應(yīng)用中，該指標(biāo)常用于監(jiān)控服務(wù)器負(fù)載、優(yōu)化程序并行性及診斷性能瓶頸，是系統(tǒng)運(yùn)維與開發(fā)調(diào)優(yōu)的重要依據(jù)。
