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在Linux中，top命令通过读取内核提供的统计数据来计算CPU使用率。其底层原理可以概括为以下几步：

1. 读取 /proc/stat

top命令主要从/proc/stat文件中获取CPU的统计信息。这个文件包含了每个CPU核心（或所有核心合计）的各种状态下的时间计数，单位是jiffies（一个jiffy是内核时间单位，通常是1/100秒或1/1000秒，取决于Hertz配置）。

/proc/stat中包含的关键信息有：

• user (us) - 普通进程在用户态消耗的时间。

• nice (ni) - 优先级调整过的进程在用户态消耗的时间。

• system (sy) - 内核进程在内核态消耗的时间。

• idle (id) - CPU空闲时间。

• iowait (wa) - CPU等待I/O完成的时间。

• irq (hi) - 硬件中断处理时间。

• softirq (si) - 软件中断处理时间。

• steal (st) - 在虚拟化环境中，虚拟CPU被其他操作系统偷走的时间（若适用）。

• guest (guest) - 运行虚拟CPU的时间（若适用）。

2. 计算时间差

top会周期性地（通常是每秒一次）读取/proc/stat的数据，然后计算两次读取之间的时间差。这样可以获得每个状态下CPU使用的时间增长。

3. CPU使用率计算

使用这些时间差，top计算CPU使用率如下：

• 总时间（total time）计算：将所有状态的时间差加起来（user + nice + system + idle + iowait + irq + softirq + steal + guest）。

• CPU使用率（某一状态的使用率）= （该状态的时间差 / 总时间差）* 100。

例如，CPU的用户态使用率计算公式为：

用户态使用率=(user新的−user旧的total新的−total旧的)×100

其中，user代表用户态时间，total代表总时间。

4. 多核处理

对于多核CPU，top会为每个核心独立计算使用率，然后可以显示单核或所有核心的总体使用率。/proc/stat中会为每个CPU核心提供单独的行数据，以cpu0, cpu1, ..., cpuN命名。

5. 显示

top会将这些百分比转换成易读的格式，并在屏幕上实时更新显示。

这种计算方式允许top命令给出精确的、瞬时和历史的CPU使用率数据，帮助用户监控系统性能。