添砖加瓦：Linux系统监测

前言　

　　前段时间因为项目需求，需要实时获取系统当前的运行状态，遂查阅了不少资料，基于/proc目录下的部分文件，实现了系统CPU、内存、网络和磁盘的实时监测。

一、CPU使用情况获取

　　获取CPU使用情况是从/proc/stat文件中获取的，/proc/stat 包含了系统启动以来的许多关于kernel和系统的统计信息，其中包括CPU运行情况、中断统计、启动时间、上下文切换次数、运行中的进程等等信息

　　

cpu  1149770 0 309685 239871041 7 0 0 0
cpu0 1149770 0 309685 239871041 7 0 0 0
intr 0
swap 0 0

ctxt 892809418
btime 1525518899
processes 379246
procs_running 1
procs_blocked 0

“cpu” 这行展示所有CPU在user-sapce、kernel mode上的一些时间，接着是各个CPU的统计情况。
“intr” 这行 展示系统中断的信息，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。
的中断自系统启动以来所发生的次数。
“ctxt” 这行展示自系统启动以来CPU发生的上下文交换的次数。
“btime”这行展示从系统启动到现在为止的时间（以Epoch时间开始计算, 1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)），单位为秒。 
“processes” 这行展示自系统启动以来所创建的任务的个数目(total_forks)。
“procs_running” 这行显示当前运行队列的任务的数目。
“procs_blocked” 这行显示当前被阻塞的任务的数目。

　　计算CPU占用率的话，只需要关注第一行即可，各参数含义如下：

　　

user	从系统启动开始累计到当前时刻，用户态的CPU时间，不包含nice值为负进程。
nice	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
system	从系统启动开始累计到当前时刻，核心时间
idle	从系统启动开始累计到当前时刻，除IO等待时间以外其它等待时间
iowait	从系统启动开始累计到当前时刻，IO等待时间
irq	从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断时间
softirq	从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间

　　因为/proc/stat中的数值都是从系统启动开始累计到当前时刻的积累值，所以需要在不同时间点t1和t2取值进行比较运算，当两个时间点的间隔较短时(我取的是1s)，就可以把这个计算结果看作是CPU的即时利用率。

　　CPU的即时利用率的计算公式：

　　CPU在t1到t2时间段总的使用时间 = ( user2+ nice2+ system2+ idle2+ iowait2+ irq2+ softirq2) - ( user1+ nice1+ system1+ idle1+ iowait1+ irq1+ softirq1)

　　CPU在t1到t2时间段空闲使用时间 = (idle2 - idle1)

　　CPU在t1到t2时间段即时利用率 =  1 - CPU空闲使用时间 / CPU总的使用时间

　　源码

void get_cpuinfo(CPU_PACKED &cpuinfo)
{
	char buff[256] = {0};
	ifstream in("/proc/stat");
	if (!in)
	{
		cout << "get cpu info failed" << endl;
		return;
	}

	in.getline(buff, sizeof(buff));
	stringstream ss(buff);
	ss >> cpuinfo.name;
	ss >> cpuinfo.user;
	ss >> cpuinfo.nice;
	ss >> cpuinfo.system;
	ss >> cpuinfo.idle;
	ss >> cpuinfo.iowait;
	ss >> cpuinfo.irq;
	ss >> cpuinfo.softirg;

	in.close();
}
double calc_cpuoccupy(CPU_PACKED cpuinfo1, CPU_PACKED cpuinfo2)
{
	double info1d = cpuinfo1.user + cpuinfo1.nice + cpuinfo1.system + cpuinfo1.idle + cpuinfo1.softirg + cpuinfo1.iowait + cpuinfo1.irq;
	double info2d = cpuinfo2.user + cpuinfo2.nice + cpuinfo2.system + cpuinfo2.idle + cpuinfo2.softirg + cpuinfo2.iowait + cpuinfo2.irq;

	double sub1 = cpuinfo1.idle;
	double sub2 = cpuinfo2.idle;
	double cpu_use;

	if ((sub1 - sub2) != 0)
		cpu_use = 100.0 - ((sub2 - sub1) / (info2d - info1d)) * 100.0;
	else
		cpu_use = 0;

	//double cpu_use = cpuinfo1.user/info1d;
	return cpu_use;
}

二、内存使用情况

　　内存使用情况是从/proc/meminfo文件中获取的

[root ~]# cat /proc/meminfo
MemTotal:        1048576 kB
MemFree:          927940 kB
Cached:            31468 kB
Buffers:               0 kB
Active:            46764 kB
Inactive:          50516 kB
Active(anon):      32312 kB
Inactive(anon):    33500 kB
Active(file):      14452 kB
Inactive(file):    17016 kB
Unevictable:           0 kB
Mlocked:               0 kB
SwapTotal:        131072 kB
SwapFree:          86620 kB
Dirty:                16 kB
Writeback:             0 kB
AnonPages:         65812 kB
Shmem:               164 kB
Slab:              23172 kB
SReclaimable:       6552 kB
SUnreclaim:        16620 kB

　　这里关注的是MemTotal、MemFree和Cached三个值，使用中的内存 = MemTotal-MemFree-Cached

void calc_memoccupy(MEM_PACKED &meminfo)
{
	char buff[256] = {0};
	string name;
	unsigned long free_mem;
	unsigned long cached;
	int index = 0;
	ifstream in("/proc/meminfo");
	if (!in)
	{
		cout << "get cpu info failed" << endl;
		return;
	}

	stringstream ss;
	while (!in.eof() && index < 4)
	{
		in.getline(buff, sizeof(buff));
		ss.str("");
		ss << buff;
		if (index == 0)
		{
			ss >> name;
			ss >> meminfo.total_mem;
		}
		else if (index == 1)
		{
			ss >> name;
			ss >> free_mem;
		}
		else if (index == 3)
		{
			ss >> name;
			ss >> cached;
		}
		index++;
	}

	meminfo.used_mem = meminfo.total_mem - free_mem - cached;

	in.close();
}

　三、网络传输（上传和下载的速度）

　　网络使用情况是从/proc/net/dev文件中获取的

[root ~]# cat /proc/net/dev
Inter-|   Receive                                                |  Transmit
 face |bytes    packets errs drop fifo frame compressed multicast|bytes    packets errs drop fifo colls carrier compressed
    lo: 4057260174  245081    0    0    0     0          0         0 4057260174  245081    0    0    0     0       0          0
venet0: 21610450920 22790055    0    0    0     0          0         0 22011662266 22005133    0  148    0     0       0          0

　　网络上传和下载速度是根据网卡venet0单位时间(1s)内发收的字节数计算出来的

void read_netdev(unsigned long &ups, unsigned long &downs)
{
	ifstream in("/proc/net/dev");
	if (!in)
	{
		cout << "get network info failed" << endl;
		return;
	}
	string line;
	std::vector<string> lines;
	while (!in.eof())
	{
		getline(in, line);
		if (in.fail())
			break;
		lines.push_back(line);
	}
	vector<string> items = splitstring(lines[lines.size() - 1]);
	ups = atol(items[1].c_str());
	downs = atol(items[9].c_str());

	in.close();
}

void calc_netspeed(NET_PACKED &netinfo)
{
	unsigned long ups1, ups2, downs1, downs2;
	read_netdev(ups1, downs1);
	sleep(1);
	read_netdev(ups2, downs2);

	netinfo.upspeed = (float)(ups2 - ups1);
	netinfo.downspeed = (float)(downs2 - downs1);
}

　四、硬盘使用情况

　　硬盘使用情况分两部分：硬盘空间使用情况和硬盘实时的读写情况。

　　硬盘的使用情况可以通过statfs()函数获取，读写速度是通过单位时间(1s)内读写的扇区个数来计算的

   [root ~]# cat /proc/diskstats
   1    0 ram0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1    1 ram1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1    2 ram2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1    3 ram3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1    4 ram4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1    5 ram5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1    6 ram6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1    7 ram7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1    8 ram8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1    9 ram9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1   10 ram10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1   11 ram11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1   12 ram12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1   13 ram13 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1   14 ram14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   1   15 ram15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   7    0 loop0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   7    1 loop1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   7    2 loop2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   7    3 loop3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   7    4 loop4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   7    5 loop5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   7    6 loop6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   7    7 loop7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
   8    0 sda 30526 2009 1087215 193416 115412736 102258023 1811485376 87116184 0 18093240 87295592
   8    1 sda1 22754 483028 5686677 45493256
   8    2 sda2 166 662 8265 66120
   8    3 sda3 6528 570989 123499806 987893792
   8    4 sda4 2887 30896 88516083 708124240
   9    0 md0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

　　

void calc_rwspeed(unsigned long &readsectors, unsigned long &writesectors)
{
	ifstream in("/proc/diskstats");
	if (!in)
	{
		cout << "get disk speed info failed with Reason:" << strerror(errno) << endl;
		return;
	}
	string line;
	while (!in.eof())
	{
		getline(in, line);
		size_t pos = line.find("sda");
		if (pos < line.size())
		{
			line = line.substr(pos + 4, line.size());
			break;
		}
	}

	vector<string> items = splitstring(line);
	readsectors = atol(items[2].c_str());
	writesectors = atol(items[6].c_str());

	in.close();
}

void calc_diskoccupy(string path, DISK_PACKED &diskinfo)
{
	struct statfs disk;
	if (statfs(path.c_str(), &disk) == -1)
	{
		cout << "Failed to get disk info with Reason:" << strerror(errno) << endl;
		return;
	}

	diskinfo.total_disk = disk.f_blocks * disk.f_bsize;
	diskinfo.avail_disk = disk.f_bavail * disk.f_bsize;
	diskinfo.free_disk = disk.f_bfree * disk.f_bsize;

	unsigned long reads1, writes1, reads2, writes2;
	calc_rwspeed(reads1, writes1);
	sleep(1);
	calc_rwspeed(reads2, writes2);

	diskinfo.read_speed = (reads2 - reads1) * disk.f_bsize;
	diskinfo.write_speed = (writes2 - writes1) * disk.f_bsize;
}

　　完整代码详见我的Gihub。