Android中获取CPU负载和进程cpu时间
摘要 /proc/stat、/proc/loadavg、/proc/[pid]/的中数据的含义，以及使用ProcessStats读取这些数据。
android系统中有一个ProcessStats类，我们可以使用它来获取系统的负载情况及进程时间。
实现原理是读取/proc目录下的。linux系统运行时，内核会去更新 /proc目录下的文件，将PID的运行情况写入相应的文件中。我们主要关注以下文件
1. /proc/stat
该文件包含了从系统启动开始累积到当前时刻的CPU活动信息。
看下我手机的情况，如下
cat /proc/stat
cpu 14869 5121 19794 156065 3114 0 26 0 0 0
cpu0 10268 4823 15912 84682 2800 0 23 0 0 0
intr 8830975 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5926 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 84406
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 13205 0 2195 0 0 0 0 2 2 0 4304 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1570 0 321 0 7132798 0 3638 21 0 0 1 0 0 0 134 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 715 835 0 0 168670 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2124 28527 0 0 200 0 0 0 0
4823 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ctxt 15331839
btime 1423869515
processes 2813
procs_running 3
procs_blocked 1
softirq 135522 11 57942 11 3386 11 11 8212 5725 54 60159
cpu的每一列的意思如下
user (14869 ) 从系统启动开始累计到当前时刻，用户态的CPU时间（单位：jiffies） ，不包含 nice值为负进程。1jiffies=0.01秒
nice (5121 ) 从系统启动开始累计到当前时刻，nice值为负的进程所占用的CPU时间（单位：jiffies）
system (19794 ) 从系统启动开始累计到当前时刻，核心时间（单位：jiffies）
idle (156065 ) 从系统启动开始累计到当前时刻，除硬盘IO等待时间以外其它等待时间（单位：jiffies）
iowait (3114 ) 从系统启动开始累计到当前时刻，硬盘IO等待时间（单位：jiffies） ，
irq (0) 从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断时间（单位：jiffies）
softirq (26) 从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间（单位：jiffies）
后三个android没有读取，估计没用。
手机是单核从，所以只有cup0，含义和上面一样
其他的如下：
“intr”这行给出中断的信息，第一个为自系统启动以来，发生的所有的中断的次数；然后每个数对应一个特定的中断自系统启动以来所发生的次数。
“ctxt”给出了自系统启动以来CPU发生的上下文交换的次数。
“btime”给出了从系统启动到现在为止的时间，单位为秒。
“processes (total_forks) 自系统启动以来所创建的任务的个数目。
“procs_running”：当前运行队列的任务的数目。
“procs_blocked”：当前被阻塞的任务的数目。
2./proc/loadavg
系统平均负载.该文件中的所有值都是从系统启动开始累计到当前时刻。该文件只给出了所有CPU的集合信息，不能该出每个CPU的信息。
我手机中如下：
cat /proc/loadavg
10.78 9.55 7.20 5/818 3719
每个值的含义为：
参数 解释
lavg_1 (10.78) 1-分钟平均负载
lavg_5 (9.55) 5-分钟平均负载
lavg_15(7.20) 15-分钟平均负载
nr_running (5) 在采样时刻，运行队列的任务的数目，与/proc/stat的procs_running表示相同意思
nr_threads (818) 在采样时刻，系统中活跃的任务的个数（不包括运行已经结束的任务）
last_pid(3719) 最大的pid值，包括轻量级进程，即线程。
3.进程信息
以PID作为文件夹名。
例如进程2411的stat如下
cat /proc/2411/stat
2411 (loop43) S 2 0 0 0 -1 2129984 0 0 0 0 0 150 0 0 0 -20 1 0 7794 0 0 42949672
95 0 0 0 0 0 0 0 2147483647 0 4294967295 0 0 17 2 0 0 0 0 0 0 0 0
每一项的含义可以看http://www.net527.cn/a/caozuoxitong/Linux/2012/0823/24385.html
有了以上的基础，我们就可以看ProcessStats这个类了。
update()函数读取上面所提的信息。
public void update() { ...... // 读取/proc/stat中的cpu时间 if (Process.readProcFile("/proc/stat", SYSTEM_CPU_FORMAT, null, sysCpu, null)) { // Total user time is user + nice time. final long usertime = sysCpu[0]+sysCpu[1]; // Total system time is simply system time. final long systemtime = sysCpu[2]; // Total idle time is simply idle time. final long idletime = sysCpu[3]; // Total irq time is iowait + irq + softirq time. final long iowaittime = sysCpu[4]; final long irqtime = sysCpu[5]; final long softirqtime = sysCpu[6]; mRelUserTime = (int)(usertime - mBaseUserTime); mRelSystemTime = (int)(systemtime - mBaseSystemTime); mRelIoWaitTime = (int)(iowaittime - mBaseIoWaitTime); mRelIrqTime = (int)(irqtime - mBaseIrqTime); mRelSoftIrqTime = (int)(softirqtime - mBaseSoftIrqTime); mRelIdleTime = (int)(idletime - mBaseIdleTime); if (DEBUG) { Slog.i("Load", "Total U:" + sysCpu[0] + " N:" + sysCpu[1] + " S:" + sysCpu[2] + " I:" + sysCpu[3] + " W:" + sysCpu[4] + " Q:" + sysCpu[5] + " O:" + sysCpu[6]); Slog.i("Load", "Rel U:" + mRelUserTime + " S:" + mRelSystemTime + " I:" + mRelIdleTime + " Q:" + mRelIrqTime); } mBaseUserTime = usertime; mBaseSystemTime = systemtime; mBaseIoWaitTime = iowaittime; mBaseIrqTime = irqtime; mBaseSoftIrqTime = softirqtime; mBaseIdleTime = idletime; } // 读取所有/proc/[pid]/文件夹中的进行信息 mCurPids = collectStats("/proc", -1, mFirst, mCurPids, mProcStats); // 读取/proc/loadavg中的平均负载 final float[] loadAverages = mLoadAverageData; if (Process.readProcFile("/proc/loadavg", LOAD_AVERAGE_FORMAT, null, null, loadAverages)) { float load1 = loadAverages[0]; float load5 = loadAverages[1]; float load15 = loadAverages[2]; if (load1 != mLoad1 || load5 != mLoad5 || load15 != mLoad15) { mLoad1 = load1; mLoad5 = load5; mLoad15 = load15; onLoadChanged(load1, load5, load15); } } if (DEBUG) Slog.i(TAG, "*** TIME TO COLLECT STATS: " + (SystemClock.uptimeMillis()-mCurrentSampleTime)); mWorkingProcsSorted = false; mFirst = false; }
再来看下读取进行信息的函数
private int[] collectStats(String statsFile, int parentPid, boolean first, int[] curPids, ArrayList<Stats> allProcs) { //获取全部PID int[] pids = Process.getPids(statsFile, curPids); int NP = (pids == null) ? 0 : pids.length; int NS = allProcs.size(); int curStatsIndex = 0; //迭代PID，创建或更新PID对应的Stats对象 for (int i=0; i<NP; i++) { int pid = pids[i]; if (pid < 0) { NP = pid; break; } Stats st = curStatsIndex < NS ? allProcs.get(curStatsIndex) : null; // Stats对象已经存在，更新 if (st != null && st.pid == pid) { // Update an existing process... st.added = false; st.working = false; curStatsIndex++; if (DEBUG) Slog.v(TAG, "Existing " + (parentPid < 0 ? "process" : "thread") + " pid " + pid + ": " + st); if (st.interesting) { final long uptime = SystemClock.uptimeMillis(); final long[] procStats = mProcessStatsData; // 读取/proc/[pid]/stat文件中的信息至procStats if (!Process.readProcFile(st.statFile.toString(), PROCESS_STATS_FORMAT, null, procStats, null)) { continue; } final long minfaults = procStats[PROCESS_STAT_MINOR_FAULTS]; final long majfaults = procStats[PROCESS_STAT_MAJOR_FAULTS]; final long utime = procStats[PROCESS_STAT_UTIME]; final long stime = procStats[PROCESS_STAT_STIME]; // cpu用户时间系统时间没变化，设置Stats的active为false if (utime == st.base_utime && stime == st.base_stime) { st.rel_utime = 0; st.rel_stime = 0; st.rel_minfaults = 0; st.rel_majfaults = 0; if (st.active) { st.active = false; } continue; } if (!st.active) { st.active = true; } if (parentPid < 0) { // 从/proc/[pid]/cmdline中读取进程名 getName(st, st.cmdlineFile); if (st.threadStats != null) { // 如果需要读取线程信息，怎从/proc/[pid]/task/中读取全部线程的信息 mCurThreadPids = collectStats(st.threadsDir, pid, false, mCurThreadPids, st.threadStats); } } if (DEBUG) Slog.v("Load", "Stats changed " + st.name + " pid=" + st.pid + " utime=" + utime + "-" + st.base_utime + " stime=" + stime + "-" + st.base_stime + " minfaults=" + minfaults + "-" + st.base_minfaults + " majfaults=" + majfaults + "-" + st.base_majfaults); // 设置Stats的值 st.rel_uptime = uptime - st.base_uptime; st.base_uptime = uptime; st.rel_utime = (int)(utime - st.base_utime); st.rel_stime = (int)(stime - st.base_stime); st.base_utime = utime; st.base_stime = stime; st.rel_minfaults = (int)(minfaults - st.base_minfaults); st.rel_majfaults = (int)(majfaults - st.base_majfaults); st.base_minfaults = minfaults; st.base_majfaults = majfaults; st.working = true; } continue; } // Stats对象不存在，创建 if (st == null || st.pid > pid) { ...... // 创建的流程和更新差不多 continue; } ...... continue; } ...... return pids; }
我们可以很方便的使用这个类，来进行cpu负荷和进程时间的监控。Android系统在SystemUI中有一个服务，就使用了这个类。
我们看SystemUI的Manifest文件，可以找到一个叫LoadAverageService的服务，它就是使用了ProcessStats获取cpu和进程信息，并把他们显示出来。
最后，在看下如何使用LoadAverageService这个服务
可以在adb shell中直接运行am startservice -n com.android.systemui/.LoadAverageService
或者用【设置】->【开发者选项】->【显示cpu使用情况】打开服务
我们在开发应用的时候，可以开启这个选项，时时跟踪系统的cpu占用情况，真的是很方便啊！！！