随笔-99  评论-224  文章-30  trackbacks-0
基本原理
   1)系统CPU使用率等于两个时间点的CPU非空闲时间差除以CPU时间总量差得到的百分比,这两者可从/proc/stat文件获得。
   2)系统内存使用率等于系统物理内存消耗量除以系统物理内存总量(memtotal,以KB为单位)得到的百分比,这两者可从/proc/meminfo文件获得。
   3)进程CPU使用率等于进程CPU时间(pct,以jiffies为单位)除以进程运行时间(pt)得到的百分比,pct从/proc/pid/stat文件读取utime和stime字段相加即得,pt等于系统运行时间(st,以秒为单位)减去进程启动时间(pst,以jiffies为单位),st从/proc/uptime文件获得,pst从/proc/pid/stat文件读取starttime字段获得。
   4)进程内存使用率等于进程驻留集大小(rss)除以系统物理内存总量(memtotal,以KB为单位)得到的百分比,rss从/proc/pid/stat读取rss字段得到,以页数为单位。

代码实现
   1)基本结构和接口定义在proc_stat.h头文件内,如下所示
 1struct sys_cpu_time
 2{
 3    unsigned long long user,old_user;
 4    unsigned long long nice,old_nice;
 5    unsigned long long sys,old_sys;
 6    unsigned long long idle,old_idle;
 7    unsigned long long wait,old_wait;
 8    unsigned long long hirq,old_hirq;
 9    unsigned long long sirq,old_sirq;
10}
;
11
12struct sys_uptime
13{
14    double uptime;
15    double idle;
16}
;
17
18struct sys_mem_info
19{
20    unsigned long main_total;
21    unsigned long main_free;
22    unsigned long main_used; 
23    unsigned long main_buffers;
24    unsigned long main_cached;
25    unsigned long swap_total;
26    unsigned long swap_free;
27    unsigned long swap_used;
28    unsigned long swap_cached;
29}
;
30
31struct system_stat
32{
33    sys_cpu_time ct;
34    sys_mem_info mi;
35    sys_uptime   ut;
36}
;
37
38struct process_stat
39{
40    char name[16];
41    char state;
42    int ppid;
43    int pgrp;
44    int session;
45    int tty_nr;
46    int tpgid;
47    unsigned int flags;
48    unsigned long minflt;
49    unsigned long cminflt;
50    unsigned long majflt;
51    unsigned long cmajflt;
52    unsigned long utime;
53    unsigned long stime;
54    long cutime;
55    long cstime;
56    long priority;
57    long nice;
58    long threads;
59    long iterealvalue;
60    unsigned long long starttime;
61    unsigned long vsize;
62    long rss;
63}
;
64
65struct sys_mem_entry
66{
67    const char *name;
68    unsigned long *val;
69}
 ;
70
71static const int PROC_STAT    = 0x0001;
72static const int PROC_MEM     = 0x0002;
73static const int PROC_UPTIME = 0x0004;
74static const int PROC_ALL       = PROC_STAT|PROC_MEM|PROC_UPTIME;
75
76bool get_system_stat(system_stat& ss,int flag);
77
78bool get_system_usage(float& cpu,float& mem);
79
80bool get_process_stat(pid_t id,process_stat& ps);
81
82bool get_process_usage(pid_t id,float& cpu,float& mem,unsigned long long& uptime);
   以上sys_cpu_time、sys_mem_info和process_stat结构只是从对应文件中选取了用于计算CPU和内存使用率必须的部分字段,如果需求扩展,可以在其后添加更多的字段;sys_mem_info中的main_used和swap_used是引申字段,它们并不对应于/proc/meminfo文件。

   2)实现在proc_stat.cpp文件内,如下所示
  1static const char* PROC_FILE_STAT    = "/proc/stat";
  2static const char* PROC_FILE_MEMINFO = "/proc/meminfo";
  3static const char* PROC_FILE_UPTIME  = "/proc/uptime";
  4
  5static int compare_sys_mem_entry(const void *a, const void *b)
  6{
  7    return strcmp(static_cast<const sys_mem_entry*>(a)->name,static_cast<const sys_mem_entry*>(b)->name);
  8}

  9
 10inline ssize_t file2str(const char* file,char* buf,size_t len,int* pfd=NULL)
 11{
 12    int fd = -1;
 13    if(pfd) fd = *pfd;
 14
 15    if(-1 == fd){
 16         fd=open(file,O_RDONLY,0);
 17        if(-1==fd) return -1;
 18        if(pfd) *pfd = fd;
 19    }
else
 20        lseek(fd,0,SEEK_SET);
 21
 22    ssize_t ret = read(fd,buf,len-1);
 23    if(NULL==pfd) close(fd);
 24    if(ret <= 0return -1;
 25    buf[ret] = '\0';
 26
 27    return ret;
 28}

 29
 30bool get_system_stat(system_stat& ss,int flag)
 31{
 32    assert(flag&PROC_ALL);
 33
 34    char buf[2048];
 35    ssize_t ret;    
 36
 37    if(flag & PROC_STAT){
 38        static __thread int stat_id = -1;
 39        ret = file2str(PROC_FILE_STAT,buf,sizeof(buf),&stat_id);
 40        if (-1==ret) return false;
 41        sys_cpu_time* ct = &ss.ct;
 42        if(7!=sscanf(buf,"cpu %Lu %Lu %Lu %Lu %Lu %Lu %Lu",&ct->user,&ct->nice,&ct->sys,&ct->idle,
 43            &ct->wait,&ct->hirq,&ct->sirq))
 44            return false;
 45    }

 46
 47    if(flag & PROC_UPTIME){
 48        static __thread int uptime_id = -1;
 49        ret = file2str(PROC_FILE_UPTIME,buf,sizeof(buf),&uptime_id);
 50        if(-1==ret) return false;
 51        sys_uptime* ut = &ss.ut;
 52        if(2!=sscanf(buf,"%lf %lf",&ut->uptime,&ut->idle))
 53            return false;
 54    }

 55
 56    if(flag & PROC_MEM){
 57        static __thread int mem_id = -1;
 58        ret = file2str(PROC_FILE_MEMINFO,buf,sizeof(buf),&mem_id);
 59        if(-1==ret) return false;
 60
 61        sys_mem_info *mi = &ss.mi;
 62        const sys_mem_entry mem_table[] = {
 63            {"Buffers",      &mi->main_buffers}
 64            {"Cached",       &mi->main_cached}
 65            {"MemFree",      &mi->main_free},   
 66            {"MemTotal",     &mi->main_total},  
 67            {"SwapCached",   &mi->swap_cached},
 68            {"SwapFree",     &mi->swap_free},    
 69            {"SwapTotal",    &mi->swap_total}
 70        }
;
 71
 72        char *beg,*end = buf + ret;
 73        char *colon,*lf;
 74        sys_mem_entry key,*sme;
 75
 76        for(beg=buf;beg<end;beg=lf+1){
 77            colon = strchr(beg,':');
 78            if(!colon) break;
 79            *colon++ = '\0';
 80            lf = strchr(colon,'\n'); 
 81            if(!lf) break;
 82            key.name = beg;
 83            sme = (sys_mem_entry*)bsearch(&key,mem_table,NUM_ELEMENTS(mem_table),sizeof(sys_mem_entry),compare_sys_mem_entry);
 84            if(sme) *(sme->val) = ::strtoul(beg=colon,&colon,10);
 85        }

 86        mi->main_used = mi->main_total - mi->main_free;
 87        mi->swap_used = mi->swap_total - mi->swap_free;
 88    }

 89
 90    return true;
 91}

 92
 93bool get_system_usage(float& cpu,float& mem)
 94{
 95    static __thread system_stat ss = {0};
 96    if(!get_system_stat(ss,PROC_MEM|PROC_STAT))
 97        return false;
 98
 99    sys_cpu_time* ct = &ss.ct;
100    long long user,nice,sys,idle,wait,hirq,sirq,sum;
101    user = ct->user - ct->old_user;
102    nice = ct->nice - ct->old_nice;
103    sys  = ct->sys - ct->old_sys; 
104    idle = ct->idle - ct->old_idle;
105    if(idle<0) idle = 0;
106    wait = ct->wait - ct->old_wait;
107    hirq = ct->hirq - ct->old_hirq;
108    sirq = ct->sirq - ct->old_sirq;
109    ct->old_user = ct->user;
110    ct->old_nice = ct->nice;
111    ct->old_sys  = ct->sys;
112    ct->old_idle = ct->idle;
113    ct->old_wait = ct->wait;
114    ct->old_hirq = ct->hirq;
115    ct->old_sirq = ct->sirq;
116
117    sum = user + nice + sys + idle + wait + hirq + sirq;
118    if(sum<1) sum = 1;
119    cpu = 100.0*(sum - idle)/sum;
120
121    sys_mem_info* mi = &ss.mi;
122    mem = 100.0*mi->main_used/mi->main_total;
123
124    return true;
125}

126
127bool get_process_stat(pid_t id,process_stat& ps)
128{
129    char buf[1024],name[64];
130
131    sprintf(name,"/proc/%u/stat",id);
132    ssize_t ret = file2str(name,buf,sizeof(buf));
133    if(-1==ret) return false;
134
135    char* beg = strchr(buf,'(');
136    if(!beg) return false;
137
138    char* end = strchr(++beg,')');
139    if(!end) return false;
140
141    size_t num = end - beg; 
142    if(num >= sizeof(name))
143        num = sizeof(name) -1;
144    memcpy(ps.name,beg,num);
145    ps.name[num] = '\0';
146
147    return 22/*1+5+1+6+6+1+1+1*/ == sscanf(end+2,
148        "%c "
149        "%d %d %d %d %d "
150        "%u "
151        "%lu %lu %lu %lu %lu %lu "
152        "%ld %ld %ld %ld %ld %ld "
153        "%Lu "
154        "%lu "
155        "%ld",
156        &ps.state, //1
157        &ps.ppid,&ps.pgrp,&ps.session,&ps.tty_nr,&ps.tpgid, //5
158        &ps.flags,//1
159        &ps.minflt,&ps.cminflt,&ps.majflt,&ps.cmajflt,&ps.utime,&ps.stime,//6
160        &ps.cutime,&ps.cstime,&ps.priority,&ps.nice,&ps.threads,&ps.iterealvalue, //6
161        &ps.starttime,//1
162        &ps.vsize,//1
163        &ps.rss); //1
164}

165
166bool get_process_usage(pid_t id,float& cpu,float& mem,unsigned long long& uptime)
167{
168    system_stat ss;
169    if(!get_system_stat(ss,PROC_MEM|PROC_UPTIME))
170        return false;
171
172    process_stat ps;
173    if(!get_process_stat(id,ps))
174        return false;
175
176    long HZ = sysconf(_SC_CLK_TCK);
177    unsigned long long pct = ps.utime+ps.stime;
178    uptime = (unsigned long long)ss.ut.uptime - ps.starttime/HZ;
179    cpu = uptime ? (100.0*pct/HZ)/uptime : 0.0;
180
181    long page_size = sysconf(_SC_PAGESIZE) >> 10;
182    mem = 100.0*ps.rss*page_size/ss.mi.main_total;
183
184    return true;
185}
   以上get_system_stat接口的实现中,sys_mem_entry数组mem_table中的元素对应于sys_mem_info中的字段,并按其名称升序排列,便于二分查找。如果需求扩展改变了sys_mem_info结构的成员,只须调整mem_table,保证元素按字段名称升序排列即可。

性能优化
   如果频繁调用get_xxx_usage来获得资源使用信息,那么存在着不断打开和关闭描述符操作,而在某些情况下没必要,例如读取一些系统proc文件如/proc/stat、/proc/meminfo和/proc/uptime等,只需第一次调用时打开,后续直接读数据即可,这样更高效。所以file2str的实现,支持一次打开,多次读取,当进程退出时,系统内核会自动关闭所有描述符。
posted on 2013-05-31 19:04 春秋十二月 阅读(4048) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: System

只有注册用户登录后才能发表评论。
【推荐】超50万行VC++源码: 大型组态工控、电力仿真CAD与GIS源码库
网站导航: 博客园   IT新闻   BlogJava   知识库   博问   管理