KVM で VM を動かしている際に、ホストが返す /proc/stat 数値の扱いにはちょっとした注意が必要

/proc/stat の man

/proc/stat について説明した man 5 proc には下記の通りの説明がある

user (1) ユーザーモードで消費した時間。

guest (Linux 2.6.24 以降) (9) Linux カーネルの制御下のゲストオペレーティングシステムの仮想 CPU の 実行に消費された時間。

実はこの user には guest 分が重複して加算されている。そんでもって、この仕様は man には記載されていない。(英語の man でも同様)

ソースで説明

KVM で VM を動かしている際に消費した CPU時間を計測しているのは account_guest_time である。 (この記事を書いている時点で) 最新の 4.13-rc4 では下記の通りのソースだ

/*
 * Account guest cpu time to a process.
 * @p: the process that the cpu time gets accounted to
 * @cputime: the cpu time spent in virtual machine since the last update
 */
void account_guest_time(struct task_struct *p, u64 cputime)
{
    u64 *cpustat = kcpustat_this_cpu->cpustat;

    /* Add guest time to process. */
    p->utime += cputime;
    account_group_user_time(p, cputime);
    p->gtime += cputime;

    /* Add guest time to cpustat. */
    if (task_nice(p) > 0) {
        cpustat[CPUTIME_NICE] += cputime;
        cpustat[CPUTIME_GUEST_NICE] += cputime;
    } else {
        cpustat[CPUTIME_USER] += cputime; ⭐
        cpustat[CPUTIME_GUEST] += cputime; ⭐
    }
}

cpustat[CPUTIME_USER] が user 時間
cpustat[CPUTIME_GUEST] が guest 時間

両者に cputime を加算しているのがポイント

この計測方法は v2.6.24-rc1 から取り入れられている。その時の実装を貼る

/*
 * Account guest cpu time to a process.
 * @p: the process that the cpu time gets accounted to
 * @cputime: the cpu time spent in virtual machine since the last update
 */
void account_guest_time(struct task_struct *p, cputime_t cputime)
{
    cputime64_t tmp;
    struct cpu_usage_stat *cpustat = &kstat_this_cpu.cpustat;

    tmp = cputime_to_cputime64(cputime);

    p->utime = cputime_add(p->utime, cputime);
    p->gtime = cputime_add(p->gtime, cputime);

    cpustat->user = cputime64_add(cpustat->user, tmp); ⭐
    cpustat->guest = cputime64_add(cpustat->guest, tmp); ⭐
}

現在のと比較してリファクタリングされているのがわかるが、意味するところは変わらない

ユーザランドツールの実装をどうすべきか

mpstat を参考にする。先に述べた点を考慮して mpstat は user から guest を減算して補正している

https://github.com/sysstat/sysstat/blob/master/mpstat.c#L529-L568 (d7321c1)

/*
 ***************************************************************************
 * Display CPU statistics in JSON format.
 *
 * IN:
 * @tab        Number of tabs to print.
 * @g_itv  Interval value in jiffies multiplied by the number of CPU.
 * @prev   Position in array where statistics used as reference are.
 *     Stats used as reference may be the previous ones read, or
 *     the very first ones when calculating the average.
 * @curr   Position in array where current statistics will be saved.
 ***************************************************************************
 */
void write_json_cpu_stats(int tab, unsigned long long g_itv, int prev, int curr)
{
    struct stats_cpu *scc, *scp;
    unsigned long long pc_itv;
    int cpu, next = FALSE;

    xprintf(tab++, "\"cpu-load\": [");

    /* Check if we want global stats among all proc */
    if (*cpu_bitmap & 1) {

        next = TRUE;
        xprintf0(tab, "{\"cpu\": \"all\", \"usr\": %.2f, \"nice\": %.2f, \"sys\": %.2f, "
                  "\"iowait\": %.2f, \"irq\": %.2f, \"soft\": %.2f, \"steal\": %.2f, "
                  "\"guest\": %.2f, \"gnice\": %.2f, \"idle\": %.2f}",
             (st_cpu[curr]->cpu_user - st_cpu[curr]->cpu_guest) < ⭐
             (st_cpu[prev]->cpu_user - st_cpu[prev]->cpu_guest) ? ⭐
             0.0 :
             ll_sp_value(st_cpu[prev]->cpu_user - st_cpu[prev]->cpu_guest, ⭐
                     st_cpu[curr]->cpu_user - st_cpu[curr]->cpu_guest, ⭐
                     g_itv),

感想

ソースを読んだら意外な事実が発覚することが Linux カーネルでは時折ある
ところで KVM で VM を動かしてないなら /proc/stat の guest は増えないはずなので別に支障はない
/proc/stat を読み取っても guest を捨てて計算しておいたら支障はない
- sar は %guest を表示しない。どうやって計算しているんだろ?

root@test001:~# sar 1
Linux 4.4.0-66-generic (001)    10/11/17    _x86_64_    (48 CPU)

12:56:35        CPU     %user     %nice   %system   %iowait    %steal     %idle
12:56:36        all     18.37      0.00      4.31      0.19      0.00     77.13
12:56:37        all     29.69      0.00      5.02      0.32      0.00     64.98
12:56:38        all     24.02      0.00      4.08      0.38      0.00     71.52
12:56:39        all     31.86      0.00      3.62      0.29      0.00     64.22