编程实现获取linux服务器cpu、内存和磁盘使用率

proc文件系统介绍

/proc文件系统是一个伪文件系统，它只存在内存当中，而不占用外存空间。它以文件系统的方式为内核与进程提供通信的接口。用户和应用程序可以通过/proc得到系统的信息，并可以改变内核的某些参数。由于系统的信息，如进程，是动态改变的，所以用户或应用程序读取/proc目录中的文件时，proc文件系统是动态从系统内核读出所需信息并提交的。
/proc目录中有一些以数字命名的目录，它们是进程目录。系统中当前运行的每一个进程在/proc下都对应一个以进程号为目录名的目录/proc/pid，它们是读取进程信息的接口。此外，在Linux 2.6.0-test6以上的版本中/proc/pid目录中有一个task目录，/proc/pid/task目录中也有一些以该进程所拥有的线程的线程号命名的目录/proc/pid/task/tid，它们是读取线程信息的接口。

CPU使用率

要想计算CPU使用率，首先要了解文件/proc/stat中的内容，如下是本人所使用服务器中该文件中的内容：

CPU 以及CPU0、CPU1、CPU2、CPU3、CPU4中每行的每个参数意思（以第一行为例）解释：
user (28201) ：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 (389) ：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 (10975) ：从系统启动开始累计到当前时刻，核心时间（单位：jiffies）
idle (6552431) ：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 (19704) ：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 (208)： 从系统启动开始累计到当前时刻，软中断时间（单位：jiffies）

获取cpu使用率的方法：

1、记录某个时刻cpu的使用情况

2、等上一个时间段

3、再记录此刻的cpu使用情况

4、计算总的时间片

把第一次的所有cpu使用情况求和，得到j1，把第二次的所有cpu使用情况求和，得到j2，则j2-j1得到这个时间段的所有时间片。即total=j2-j1=第二次的所有列的和-第一次的所有列的和

5、计算idle时间

idle对应第五列的数据，用第二次的减去第一次的即可，idle=第二次的第五列-第一次的第五列

6、计算cpu使用率

ate=(total-idle)/total

在代码里实现如下所示：

SysCPUInfo* 
_GetHostCPUInfo()
{
	SysCPUInfo *cpuinfo = (SysCPUInfo *)malloc(sizeof(SysCPUInfo));
	if (cpuinfo == NULL)
	  err_dump("_GetCPUInfo: malloc struct SysCPUInfo error");

	FILE 	*fd;
	char	buff[256];
	memset(buff, '\0', 256);

	fd = fopen("/proc/stat", "r");
	fgets(buff, sizeof(buff), fd);

	sscanf(buff, "%s %lu %lu %lu %lu", cpuinfo->name, &cpuinfo->user, &cpuinfo->nic, 
				&cpuinfo->system, &cpuinfo->idle);
	fclose(fd);
	return cpuinfo;
}

float
_CalculateHostCPURate(SysCPUInfo *first, SysCPUInfo *second)
{
	unsigned long	old_CPU_Time, new_CPU_Time;
	unsigned long	usr_Time_Diff, sys_Time_Diff, nic_Time_Diff;
	float 			cpu_use = 0.0;

	old_CPU_Time = (unsigned long)(first->user + first->nic + first->system + first->idle);
	new_CPU_Time = (unsigned long)(second->user + second->nic + second->system + second->idle);

	usr_Time_Diff = (unsigned long)(second->user - first->user);
	sys_Time_Diff = (unsigned long)(second->system - first->system);
	nic_Time_Diff = (unsigned long)(second->nic -first->nic);

	if ((new_CPU_Time - old_CPU_Time) != 0)
	  cpu_use = (float)100*(usr_Time_Diff + sys_Time_Diff + nic_Time_Diff)/(new_CPU_Time - old_CPU_Time);
	else
	  cpu_use = 0.0;
	return cpu_use;
}

float
GetHostCPURate()
{
	float cpu_rate;
	SysCPUInfo *first, *second;
	first = _GetHostCPUInfo();
	sleep(10);
	second = _GetHostCPUInfo();

	cpu_rate = _CalculateHostCPURate(first, second);

	/* clean auxiliary memory */
	free(first);
	free(second);
	first = second = NULL;

	return cpu_rate;
}

内存使用率的计算比较方便，可以直接调用Linux系统的一个库函数sysinfo（），该函数返回如下的一个结构体：

struct sysinfo {
               long uptime;             /* Seconds since boot */
               unsigned long loads[3];  /* 1, 5, and 15 minute load averages */
               unsigned long totalram;  /* Total usable main memory size */
               unsigned long freeram;   /* Available memory size */
               unsigned long sharedram; /* Amount of shared memory */
               unsigned long bufferram; /* Memory used by buffers */
               unsigned long totalswap; /* Total swap space size */
               unsigned long freeswap;  /* swap space still available */
               unsigned short procs;    /* Number of current processes */
               unsigned long totalhigh; /* Total high memory size */
               unsigned long freehigh;  /* Available high memory size */
               unsigned int mem_unit;   /* Memory unit size in bytes */
               char _f[20-2*sizeof(long)-sizeof(int)]; /* Padding for libc5 */
           };

SysMemInfo *
GetHostMemInfo()
{
	SysMemInfo *memInfo = (SysMemInfo *)malloc(sizeof(SysMemInfo));
	if (NULL == memInfo)
	  err_dump("GetMemInfo: malloc SysMemInfo Struct error");

	struct sysinfo tmp;
	int ret = 0;
	ret = sysinfo(&tmp);
	if (ret == 0) {
		memInfo->MemFree = (unsigned long)tmp.freeram/(1024*1024);
		memInfo->MemTotal = (unsigned long)tmp.totalram/(1024*1024);
	} else {
		err_dump("GetMemInfo: sysinfo() error");
	}
	return memInfo;
}

本来打算通过读文件/proc/partitions来获取磁盘分区的使用情况，不过这样只可以获取分区的大小，使用情况是无法获取的。不过可以通过读取文件/etc/mtab来读取系统中所有文件系统的信息。然后统计所有文件系统占用的磁盘总大小和可以磁盘的总大小，这样就可以计算出系统中文件系统的总磁盘利用率。代码实现如下所示：

SysDiskInfo *
GetHostDiskInfo()
{
	SysDiskInfo *sys_disk_info = (SysDiskInfo *)malloc(sizeof(SysDiskInfo));
	DiskInfo		*disk_info;
	struct statfs	fs_info;
	struct mntent	*mnt_info;
	FILE			*fh;
	float			percent;
	unsigned long	sum_Total = 0, total_free = 0;

	if ((fh = setmntent("/etc/mtab", "r")) == NULL) {
		printf("Cannot open /etc/mtab file!:%s\n",strerror(errno));
		return NULL;
	}

	while ((mnt_info = getmntent(fh)) != NULL) {
		if (statfs(mnt_info->mnt_dir, &fs_info) < 0) {
			continue;
		}
		
		if ((disk_info = (DiskInfo *)malloc(sizeof(DiskInfo))) == NULL) {
			continue;
		}

		if (strcmp(mnt_info->mnt_type, "proc") &&
			strcmp(mnt_info->mnt_type, "devfs") &&
			strcmp(mnt_info->mnt_type, "usbfs") &&
			strcmp(mnt_info->mnt_type, "sysfs") &&
			strcmp(mnt_info->mnt_type, "tmpfs") &&
			strcmp(mnt_info->mnt_type, "devpts") &&
			strcmp(mnt_info->mnt_type, "fusectl") &&
			strcmp(mnt_info->mnt_type, "debugfs") &&
			strcmp(mnt_info->mnt_type, "binfmt_misc") &&
			strcmp(mnt_info->mnt_type, "fuse.gvfs_fuse_daemon")&&
			strcmp(mnt_info->mnt_type, "securityfs")) {
			if (fs_info.f_blocks != 0) {
				percent = ((float)fs_info.f_blocks - (float)fs_info.f_bfree * 100.0/
							(float)fs_info.f_blocks);
			} else {
				percent = 0;
			}
		} else {
			continue;
		}
		
		strcpy(disk_info->type, mnt_info->mnt_type);
		strcpy(disk_info->device, mnt_info->mnt_fsname);
		strcpy(disk_info->mntpnt, mnt_info->mnt_dir);

		unsigned long block_size = fs_info.f_bsize/1024;
		disk_info->blocks = fs_info.f_blocks * block_size / 1024;
		disk_info->bfree = fs_info.f_bfree * block_size / 1024;
		disk_info->availiable_disk = fs_info.f_bavail * block_size / 1024;
		disk_info->bused = (fs_info.f_blocks - fs_info.f_bfree) * block_size / 1024;
		disk_info->bused_percent = percent;
		
		sum_Total += disk_info->blocks;
		total_free += disk_info->availiable_disk;

		/* clean auxiliary memory */
		free(disk_info);
		disk_info = NULL;
	}
	sys_disk_info->Disk_Total = sum_Total/1024;
	sys_disk_info->Disk_Free = total_free/1024;
	return sys_disk_info;
}

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