Linux下用程序实现统计cpu和内存的利用率

Linux下没有直接可以调用系统函数知道CPU占用和内存占用。那么如何知道CPU和内存信息呢。只有通过proc伪文件系统来实现。

proc伪文件就不介绍了，只说其中4个文件。一个是/proc/stat,/proc/meminfo,/proc/<pid>/status,/proc/<pid>/stat

摘自：http://www.blogjava.net/fjzag/articles/317773.html

/proc/stat:存放系统的CPU时间信息。

该文件包含了所有CPU活动的信息，该文件中的所有值都是从系统启动开始累计到当前时刻。不同内核版本中该文件的格式可能不大一致，以下通过实例来说明数据该文件中各字段的含义。

实例数据：2.6.24-24版本上的

fjzag@fjzag-desktop:~$ cat /proc/stat

cpu 38082 627 27594 893908 12256 581 895 0 0

cpu0 22880 472 16855 430287 10617 576 661 0 0

cpu1 15202 154 10739 463620 1639 4 234 0 0

intr 120053 222 2686 0 1 1 0 5 0 3 0 0 0 47302 0 0 34194 29775 0 5019 845 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 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 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 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 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 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 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

ctxt 1434984

btime 1252028243

processes 8113

procs_running 1

procs_blocked 0

第一行的数值表示的是CPU总的使用情况，所以我们只要用第一行的数字计算就可以了。下表解析第一行各数值的含义：

参数 解析（单位：jiffies）

(jiffies是内核中的一个全局变量，用来记录自系统启动一来产生的节拍数，在linux中，一个节拍大致可理解为操作系统进程调度的最小时间片，不同linux内核可能值有不同，通常在1ms到10ms之间)。

user (38082) 从系统启动开始累计到当前时刻，处于用户态的运行时间，不包含 nice值为负进程。

nice (627) 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 (27594) 从系统启动开始累计到当前时刻，处于核心态的运行时间。

idle (893908) 从系统启动开始累计到当前时刻，除IO等待时间以外的其它等待时间iowait (12256) 从系统启动开始累计到当前时刻，IO等待时间(since 2.5.41)。

irq (581) 从系统启动开始累计到当前时刻，硬中断时间(since 2.6.0-test4)。

softirq (895) 从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间(since 2.6.0-test4)stealstolen(0) which is the time spent in other operating systems when running in a virtualized environment(since 2.6.11)。

guest(0) which is the time spent running a virtual CPU for guest operating systems under the control of the Linux kernel(since 2.6.24)。

结论2：总的cpu时间totalCpuTime = user + nice + system + idle + iowait + irq + softirq + stealstolen + guest。

可以利用scanf,sscanf,fscanf读取这些信息，具体可以查man proc.我的程序中只取了前4个。

/proc/meminfo：存放系统的内存信息。

[ubuntu@root ~]#cat /proc/meminfo 
MemTotal:        2061616 kB 
MemFree:         1093608 kB 
Buffers:          151140 kB 
Cached:           479372 kB 
SwapCached:            0 kB 
Active:           516964 kB 
Inactive:         374672 kB 
Active(anon):     261412 kB 
Inactive(anon):     5604 kB 
Active(file):     255552 kB 
Inactive(file):   369068 kB

……

别的就不说了，主要看第一个MemTotal,系统总的物理内存，它比真实的物理内存要小一点。

/proc/<pid>/status：存放进程的CPU时间信息以及一些综合信息。

[ubuntu@root ~]#cat /proc/889/status 
Name:    Xorg 
State:    S (sleeping) 
Tgid:    889 
Pid:    889 
PPid:    881 
TracerPid:    0 
Uid:    0    0    0    0 
Gid:    0    0    0    0 
FDSize:    256 
Groups:    
VmPeak:       99036 kB 
VmSize:       52424 kB 
VmLck:           0 kB 
VmHWM:       57004 kB 
VmRSS:       45508 kB 
VmData:       35668 kB 
VmStk:         136 kB 
VmExe:        1660 kB 
VmLib:        6848 kB 
VmPTE:         120 kB 
VmPeak是占用虚拟内存的峰值，也就是最高的一个值，而且是虚拟内存，所以有时候会比物理内存要大。PS和TOP指令都是利用VmPeak计算内存占用的。

VmRSS是进程所占用的实际物理内存。

/proc/<pid>/stat：保存着进程的CPU信息。

[ubuntu@root ~]#cat /proc/889/stat 
889 (Xorg) S 881 889 889 1031 889 4202752 5307477 0 0 0 34943 12605 0 0 20 0 1 0 8146 89399296 11377 4294967295 134512640 136211844 3221201472 3221200460 5456930 0 0 3149824 1367369423 3223423286 0 0 17 0 0 0 0 0 0

pid=889 进程号。

utime=34943 该任务在用户态运行的时间，单位为jiffies。

stime=12605 该任务在核心态运行的时间，单位为jiffies。

cutime=0 所有已死线程在用户态运行的时间，单位为jiffies。

cstime=0 所有已死在核心态运行的时间，单位为jiffies。

可以利用scanf,sscanf,fscanf读取这些信息，具体可以查man proc。

结论3：进程的总Cpu时间processCpuTime = utime + stime + cutime + cstime，该值包括其所有线程的cpu时间。

---

以上这些数据都可以通过文件读取的方式，可以按照一行一行的读取，然后采用scanf,sscanf,fscanf获取信息。

占用内存的计算方法：

pmem = VmRSS / MemTotal * 100;

计算CPU占用的方法：

取一次processCpuTime1和totalCpuTime1;

间隔一段时间;

再取一次processCpuTime2和totalCpuTime2;

pcpu = 100 * (processCpuTime2 – processCpuTime1)/(totalCpuTime2 - totalCpuTime1);

---

代码

 1 get_cpu.h
 2
 3 #ifdef __cplusplus
 4 extern "C"{
 5 #endif
 6
 7 #define VMRSS_LINE 15//VMRSS所在行
 8 #define PROCESS_ITEM 14//进程CPU时间开始的项数
 9
10 typedef struct        //声明一个occupy的结构体
11 {
12         unsigned int user;  //从系统启动开始累计到当前时刻，处于用户态的运行时间，不包含 nice值为负进程。
13         unsigned int 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
14         unsigned int system;//从系统启动开始累计到当前时刻，处于核心态的运行时间
15         unsigned int idle;  //从系统启动开始累计到当前时刻，除IO等待时间以外的其它等待时间iowait (12256) 从系统启动开始累计到当前时刻，IO等待时间(since 2.5.41)
16 }total_cpu_occupy_t;
17
18 typedef struct
19 {
20     pid_t pid;//pid号
21     unsigned int utime;  //该任务在用户态运行的时间，单位为jiffies
22     unsigned int stime;  //该任务在核心态运行的时间，单位为jiffies
23     unsigned int cutime;//所有已死线程在用户态运行的时间，单位为jiffies
24     unsigned int cstime;  //所有已死在核心态运行的时间，单位为jiffies
25 }process_cpu_occupy_t;
26
27     int get_phy_mem(const pid_t p);//获取占用物理内存
28     int get_total_mem();//获取系统总内存
29     unsigned int get_cpu_total_occupy();//获取总的CPU时间
30     unsigned int get_cpu_process_occupy(const pid_t p);//获取进程的CPU时间
31     const char* get_items(const char* buffer,int ie);//取得缓冲区指定项的起始地址
32
33     extern float get_pcpu(pid_t p);//获取进程CPU占用
34     extern float get_pmem(pid_t p);//获取进程内存占用
35     extern int get_rmem(pid_t p);//获取真实物理内存
36
37
38 #ifdef __cplusplus

  1 get_cpu.c
  2
  3 #include <stdio.h>
  4 #include <stdlib.h>
  5 #include <unistd.h>   //头文件
  6 #include <assert.h>
  7 #include "get_cpu.h"
  8
  9 int get_phy_mem(const pid_t p)
 10 {
 11     char file[64] = {0};//文件名
 12
 13     FILE *fd;         //定义文件指针fd
 14     char line_buff[256] = {0};  //读取行的缓冲区
 15     sprintf(file,"/proc/%d/status",p);//文件中第11行包含着
 16
 17     fprintf (stderr, "current pid:%d\n", p);
 18     fd = fopen (file, "r"); //以R读的方式打开文件再赋给指针fd
 19
 20     //获取vmrss:实际物理内存占用
 21     int i;
 22     char name[32];//存放项目名称
 23     int vmrss;//存放内存峰值大小
 24     for (i=0;i<VMRSS_LINE-1;i++)
 25     {
 26         fgets (line_buff, sizeof(line_buff), fd);
 27     }//读到第15行
 28     fgets (line_buff, sizeof(line_buff), fd);//读取VmRSS这一行的数据,VmRSS在第15行
 29     sscanf (line_buff, "%s %d", name,&vmrss);
 30     fprintf (stderr, "====%s：%d====\n", name,vmrss);
 31     fclose(fd);     //关闭文件fd
 32     return vmrss;
 33 }
 34
 35 int get_rmem(pid_t p)
 36 {
 37     return get_phy_mem(p);
 38 }
 39
 40
 41 int get_total_mem()
 42 {
 43     char* file = "/proc/meminfo";//文件名
 44
 45     FILE *fd;         //定义文件指针fd
 46     char line_buff[256] = {0};  //读取行的缓冲区
 47     fd = fopen (file, "r"); //以R读的方式打开文件再赋给指针fd
 48
 49     //获取memtotal:总内存占用大小
 50     int i;
 51     char name[32];//存放项目名称
 52     int memtotal;//存放内存峰值大小
 53     fgets (line_buff, sizeof(line_buff), fd);//读取memtotal这一行的数据,memtotal在第1行
 54     sscanf (line_buff, "%s %d", name,&memtotal);
 55     fprintf (stderr, "====%s：%d====\n", name,memtotal);
 56     fclose(fd);     //关闭文件fd
 57     return memtotal;
 58 }
 59
 60 float get_pmem(pid_t p)
 61 {
 62     int phy = get_phy_mem(p);
 63       int total = get_total_mem();
 64       float occupy = (phy*1.0)/(total*1.0);
 65       fprintf(stderr,"====process mem occupy:%.6f\n====",occupy);
 66       return occupy;
 67 }
 68
 69 unsigned int get_cpu_process_occupy(const pid_t p)
 70 {
 71     char file[64] = {0};//文件名
 72     process_cpu_occupy_t t;
 73
 74     FILE *fd;         //定义文件指针fd
 75     char line_buff[1024] = {0};  //读取行的缓冲区
 76     sprintf(file,"/proc/%d/stat",p);//文件中第11行包含着
 77
 78     fprintf (stderr, "current pid:%d\n", p);
 79     fd = fopen (file, "r"); //以R读的方式打开文件再赋给指针fd
 80     fgets (line_buff, sizeof(line_buff), fd); //从fd文件中读取长度为buff的字符串再存到起始地址为buff这个空间里
 81
 82     sscanf(line_buff,"%u",&t.pid);//取得第一项
 83     char* q = get_items(line_buff,PROCESS_ITEM);//取得从第14项开始的起始指针
 84     sscanf(q,"%u %u %u %u",&t.utime,&t.stime,&t.cutime,&t.cstime);//格式化第14,15,16,17项
 85
 86     fprintf (stderr, "====pid%u:%u %u %u %u====\n", t.pid, t.utime,t.stime,t.cutime,t.cstime);
 87     fclose(fd);     //关闭文件fd
 88     return (t.utime + t.stime + t.cutime + t.cstime);
 89 }
 90
 91
 92 unsigned int get_cpu_total_occupy()
 93 {
 94     FILE *fd;         //定义文件指针fd
 95     char buff[1024] = {0};  //定义局部变量buff数组为char类型大小为1024
 96     total_cpu_occupy_t t;
 97
 98     fd = fopen ("/proc/stat", "r"); //以R读的方式打开stat文件再赋给指针fd
 99     fgets (buff, sizeof(buff), fd); //从fd文件中读取长度为buff的字符串再存到起始地址为buff这个空间里
100     /*下面是将buff的字符串根据参数format后转换为数据的结果存入相应的结构体参数 */
101     char name[16];//暂时用来存放字符串
102     sscanf (buff, "%s %u %u %u %u", name, &t.user, &t.nice,&t.system, &t.idle);
103
104
105     fprintf (stderr, "====%s:%u %u %u %u====\n", name, t.user, t.nice,t.system, t.idle);
106     fclose(fd);     //关闭文件fd
107     return (t.user + t.nice + t.system + t.idle);
108 }
109
110
111 float get_pcpu(pid_t p)
112 {
113     unsigned int totalcputime1,totalcputime2;
114       unsigned int procputime1,procputime2;
115     totalcputime1 = get_cpu_total_occupy();
116     procputime1 = get_cpu_process_occupy(p);
117     usleep(500000);//延迟500毫秒
118     totalcputime2 = get_cpu_total_occupy();
119     procputime2 = get_cpu_process_occupy(p);
120     float pcpu = 100.0*(procputime2 - procputime1)/(totalcputime2 - totalcputime1);
121     fprintf(stderr,"====pcpu:%.6f\n====",pcpu);
122     return pcpu;
123 }
124
125 const char* get_items(const char* buffer,int ie)
126 {
127     assert(buffer);
128     char* p = buffer;//指向缓冲区
129     int len = strlen(buffer);
130     int count = 0;//统计空格数
131     if (1 == ie || ie < 1)
132     {
133         return p;
134     }
135     int i;
136
137     for (i=0; i<len; i++)
138     {
139         if (' ' == *p)
140         {
141             count++;
142             if (count == ie-1)
143             {
144                 p++;
145                 break;
146             }
147         }
148         p++;
149     }
150
151     return p;
152 }

感觉就像自己手动实现top命令一样。