LINUX c语言定时显示CPU，内存和硬盘的使用率

/* 
写在完成后，查找了很多资料，看到了很多方法，也看了部分top的源码，最终选择了这几种混合的方式来写，可能有更优解，不过目前这样应该够用。
--2020/12/15--  Simon
*/

需求：定期获取CPU，内存，硬盘的使用率。

CPU利用率：top /proc/stat
内存使用率：top – sysinfo
硬盘占用率：df (disk free) 还要想想 – fstatfs/statfs 系统调用

先从 CPU 利用率着手，这三项数据都已经封装了现有的指令中，如果自己写一个应该怎么着手？会有什么差异

从用户态，系统态，空闲态。

平时所说CPU利用率是指：CPU执行非系统空闲进程的时间/CPU总的执行时间即 1-CPU空闲运行时间/总运行时间。

但是这个计算方式并不具备参考意义，因为总CPU时间是机器开机以来的，事实上，为了计算CPU使用率，性能工具都会取间隔一段时间（比如5秒）的两次值，做差后，再计算这段时间的平均CPU使用率。即：
$\text { 平均CPU使用率 }=1-\frac{\text { 空闲时间 }_{\text {new }}-\text { 空闲时间 }_{\text {old }}}{\text { 总 } C P U \text { 时间 }_{\text {new }}-\text { 总CPU 时间 }_{\text {old }}}$
top参数详解

思考原理，IPbench的cpu_target_lukem插件参照，给程序设置一个极低的优先级，如果有任何计算任务都会打断它，如果没有计算任务，我们的程序就会占用部分CPU时间，程序运行时间上来推算CPU的空闲时间。

还有一种思路就是直接调用本地文件中的信息。

/proc/stat

linux系统的/proc目录是一种伪文件系统（虚拟文件系统），存储的是当前内核运行状态的一系列特殊文件，用户可以查看有关系统硬件及当前运行进程的信息。可以使用cat指令查看。

想要计算CPU使用率，首先要了解文件 /proc/stat中的内容

在这里插入图片描述

cpu以及0123中每行的每个参数意思解释：（以cpu为例）

user(59586)：从系统启动开始累积到当前时刻，用户态的CPU时间(单位:jiffies)，不包含nice值为负进程。 1jiffies=0.01秒。

nice(120):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(264479):从系统启动开始累计到当前时刻，核心时间。(单位:jiffies)。

idle(853271):从系统启动开始累积到当前时刻，除硬盘IO等待时间意外其他等待时间。(单位:jiffies)。

iowait(16057):从系统启动开始累积到当前时刻，硬盘IO等待时间。(单位:jiffies)。

irq(13135):从系统启动开始累积到当前时刻，硬中断时间。(单位:jiffies)。

softirq(14549):从系统启动开始累积到当前时刻，软中断时间。(单位:jiffies)。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>typedef struct CPU_PACKED //定义一个cpu occupy的结构体
{char name[20];  unsigned int user;unsigned int nice;unsigned int system;unsigned int idle;
}CPU_OCCUPY;int cal_cpuoccupy(CPU_OCCUPY *O,CPU_OCCUPY *n)
{unsigned long od, nd;unsigned long id, sd;int cpu_use = 0;od = (unsigned long)(o->user + o->nice + o->system + o->idle);  //第一次(用户+优先级+系统+空闲)的时间再赋给odnd = (unsigned long)(n->user + n->nice + n->system + n->idle);  //第二次（用户+优先级+系统+空闲）的时间再赋给ndid = (unsigned long)(n->user - o->user); //用户第一次和第二次的时间之差再赋给idsd = (unsigned long)(n->system - o->system); //系统第一次和第二次的时间之差再赋给sdif((nd-od) != 0)cpu_use = (int)((sd+id)*100)/(nd-od); //((用户+系统)乘100)除(第一次和第二次的时间差)再赋给g_cpu_usedelse cpu_use = 0;return cpu_use;
}void get_cpuoccupy (CPU_OCCUPY *cpust)  //对无类型get函数含有一个形参结构体类弄的指针o
{FILE *fd;int n;char buff[256];CPU_OCCUPY *cpu_occupy;cpu_occupy = cpust;fd = fopen("/proc/stat","r");fgets(buff,sizeof(buff),fd);sscanf(buff,"%s %u %u %u %u",cpu_occupy->name,&cpu_occupy->user,&cpu_occupy->nice,&cpu_occupy->system,&cpu_occupy->idle);fclose(fd);
}
int main()
{CPU_OCCUPY cpu_stat1;CPU_OCCUPY cpu_stat2;int cpu;//第一次获取cpu使用情况get_cpuoccupy((CPU_OCCUPY *)&cpu_stat1);slepp(1);//第二次获取cpu使用情况get_cpuoccupy((CPU_OCCUPY *)&cpu_stat2);//计算cpu使用率cpu = cal_cpuoccupy((CPU_OCCUPY *)&cpu_stat1,(CPU_OCCUPY *)&cpu_stat2);printf("cpu usage:%d \n",cpu);return 0;
}

sysinfo

sysinfo函数的帮助页面如下 (通过这个我们很轻松的解决了内存使用情况部分)

wbyq@wbyq:/mnt/hgfs/linux-share-dir/linux_c$ man sysinfo
SYSINFO(2)                           Linux Programmer's Manual                          SYSINFO(2)
NAMEsysinfo - return system information
SYNOPSIS#include <sys/sysinfo.h>int sysinfo(struct sysinfo *info);DESCRIPTIONsysinfo() returns certain statistics on memory and swap usage, as well as the load average.Until Linux 2.3.16, sysinfo() returned information in the following structure: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 */char _f[22];             /* Pads structure to 64 bytes */};In the above structure, the sizes of the memory and swap fields are given in bytes.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/sysinfo.h>int main(int argc,char **argv)
{/*2. 获取当前系统内存使用情况*/struct sysinfo s_info;char info_buff[100];while(1){if(sysinfo(&s_info)==0){sprintf(info_buff,"总内存: %.ld M",s_info.totalram/1024/1024);printf("%s\n",info_buff);sprintf(info_buff,"未使用内存: %.ld M",s_info.freeram/1024/1024);printf("%s\n",info_buff);sprintf(info_buff,"交换区总内存: %.ld M",s_info.totalswap/1024/1024);printf("%s\n",info_buff);sprintf(info_buff,"交换区未使用内存: %.ld M",s_info.freeswap/1024/1024);printf("%s\n",info_buff);sprintf(info_buff,"系统运行时间: %.ld 分钟",s_info.uptime/60);printf("%s\n",info_buff);printf("\n\n");}sleep(1);}return 0;
}

fstatfs/statfs 系统调用

用法: #include <sys/vfs.h> /*或者 <sys/statfs.h>*/

int statfs (const char *path, struct statfs *buf);

int fstatfs(int fd, struct statfs *buf);

参数：

path – 位于需要查询信息的文件描述的文件路径名。
fd – 位于需要查询信息的文件系统的文件描述词。
buf – 以下结构体的指针变量，用于存储文件系统相关的信息。

struct statfs{long f_type; /*文件系统类型*/long    f_bsize;    /* 经过优化的传输块大小  */long    f_blocks;   /* 文件系统数据块总数 */long    f_bfree;    /* 可用块数 */long    f_bavail;   /* 非超级用户可获取的块数 */long    f_files;    /* 文件结点总数 */long    f_ffree;    /* 可用文件结点数 */fsid_t  f_fsid;     /* 文件系统标识 */long    f_namelen;  /* 文件名的最大长度 */
}

A simple sample :

#include <sys/vfs.h>
#include <stdio.h>int main()
{struct statfs diskInfo;statfs("/",&diskInfo);unsigned long blocksize = diskInfo.f_bsize;// 每个block里面包含的字节数unsigned long totalsize = blocksize * diskInfo.f_blocks;//总的字节数printf("TOTAL_SIZE == %lu MB/n",totalsize>>20); // 1024*1024 =1MB  换算成MB单位unsigned long freeDisk = diskInfo.f_bfree*blocksize; //再计算下剩余的空间大小printf("DISK_FREE == %ld MB/n",freeDisk>>20);return 0;
}

一个简单的测试：

#include <sys/statfs.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>#define KB 1024.0       // 2^10
#define MB 1048576.0    // 2^20 
#define GB 1073741824.0 // 2^30 int main(void)
{struct statfs diskInfo;statfs("/", &diskInfo);unsigned long blocksize = diskInfo.f_bsize;                   // 每个block里包含的字节数unsigned long totalsize = blocksize * diskInfo.f_blocks;      // 总的字节数，f_blocks为block的数目printf("块数：%lld",diskInfo.f_blocks);printf("Total_size = %lld B = %f KB = %f MB = %f GB\n",totalsize,totalsize / KB,totalsize / MB,totalsize / GB);unsigned long freeDisk = diskInfo.f_bfree * blocksize;       // 剩余空间的大小unsigned long availableDisk = diskInfo.f_bavail * blocksize; // 可用空间大小printf("Disk_free = %f MB = %f GB\n""Disk_available = %f MB = %f GB\n",freeDisk / MB,freeDisk / GB,availableDisk / MB,availableDisk / GB);return 0;
}

相关的文件系统类型有：
ADFS_SUPER_MAGIC 0xadf5
AFFS_SUPER_MAGIC 0xADFF
BEFS_SUPER_MAGIC 0x42465331
BFS_MAGIC 0x1BADFACE
CIFS_MAGIC_NUMBER 0xFF534D42
CODA_SUPER_MAGIC 0x73757245
COH_SUPER_MAGIC 0x012FF7B7
CRAMFS_MAGIC 0x28cd3d45
DEVFS_SUPER_MAGIC 0x1373
EFS_SUPER_MAGIC 0x00414A53
EXT_SUPER_MAGIC 0x137D
EXT2_OLD_SUPER_MAGIC 0xEF51
EXT2_SUPER_MAGIC 0xEF53
EXT3_SUPER_MAGIC 0xEF53
HFS_SUPER_MAGIC 0x4244
HPFS_SUPER_MAGIC 0xF995E849
HUGETLBFS_MAGIC 0x958458f6
ISOFS_SUPER_MAGIC 0x9660
JFFS2_SUPER_MAGIC 0x72b6
JFS_SUPER_MAGIC 0x3153464a
MINIX_SUPER_MAGIC 0x137F /* orig. minix */
MINIX_SUPER_MAGIC2 0x138F / 30 char minix /
MINIX2_SUPER_MAGIC 0x2468 / minix V2 /
MINIX2_SUPER_MAGIC2 0x2478 / minix V2, 30 char names /
MSDOS_SUPER_MAGIC 0x4d44
NCP_SUPER_MAGIC 0x564c
NFS_SUPER_MAGIC 0x6969
NTFS_SB_MAGIC 0x5346544e
OPENPROM_SUPER_MAGIC 0x9fa1
PROC_SUPER_MAGIC 0x9fa0
QNX4_SUPER_MAGIC 0x002f
REISERFS_SUPER_MAGIC 0x52654973
ROMFS_MAGIC 0x7275
SMB_SUPER_MAGIC 0x517B
SYSV2_SUPER_MAGIC 0x012FF7B6
SYSV4_SUPER_MAGIC 0x012FF7B5
TMPFS_MAGIC 0x01021994
UDF_SUPER_MAGIC 0x15013346
UFS_MAGIC 0x00011954
USBDEVICE_SUPER_MAGIC 0x9fa2
VXFS_SUPER_MAGIC 0xa501FCF5
XENIX_SUPER_MAGIC 0x012FF7B4
XFS_SUPER_MAGIC 0x58465342
_XIAFS_SUPER_MAGIC 0x012FD16D

返回说明：

成功执行时候，返回0。失败返回-1，error被设定为一下的某个值

EACCES： (statfs())文件或路径名中包含的目录不可访问
EBADF ： (fstatfs()) 文件描述词无效
EFAULT：内存地址无效
EINTR ：操作由信号中断
EIO ：读写出错
ELOOP ： (statfs())解释路径名过程中存在太多的符号连接
ENAMETOOLONG：(statfs()) 路径名太长
ENOENT：(statfs()) 文件不存在
ENOMEM：核心内存不足
ENOSYS：文件系统不支持调用
ENOTDIR：(statfs())路径名中当作目录的组件并非目录
EOVERFLOW：信息溢出

总：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/sysinfo.h>
#include <sys/statfs.h>
#define Mb 1048576
#define Min 60
#define gap_t 1
#define gap_c 1
typedef struct CPU_PACKED //定义一个cpu occupy的结构体
{char name[20];  unsigned int user;unsigned int nice;unsigned int system;unsigned int idle;
}CPU_OCCUPY;int cal_cpuoccupy(CPU_OCCUPY *o,CPU_OCCUPY *n)
{unsigned long od, nd;unsigned long id, sd;int cpu_use = 0;od = (unsigned long)(o->user + o->nice + o->system + o->idle);  //第一次(用户+优先级+系统+空闲)的时间再赋给odnd = (unsigned long)(n->user + n->nice + n->system + n->idle);  //第二次（用户+优先级+系统+空闲）的时间再赋给ndid = (unsigned long)(n->user - o->user); //用户第一次和第二次的时间之差再赋给idsd = (unsigned long)(n->system - o->system); //系统第一次和第二次的时间之差再赋给sdif((nd-od) != 0)cpu_use = (int)((sd+id)*100)/(nd-od); //((用户+系统)乘100)除(第一次和第二次的时间差)再赋给g_cpu_usedelse cpu_use = 0;return cpu_use;
}void get_cpuoccupy (CPU_OCCUPY *cpust)  //对无类型get函数含有一个形参结构体类弄的指针o
{FILE *fd;int n;char buff[256];CPU_OCCUPY *cpu_occupy;cpu_occupy = cpust;fd = fopen("/proc/stat","r");fgets(buff,sizeof(buff),fd);sscanf(buff,"%s %u %u %u %u",cpu_occupy->name,&cpu_occupy->user,&cpu_occupy->nice,&cpu_occupy->system,&cpu_occupy->idle);fclose(fd);
}
int main(int argc,char **argv)
{struct sysinfo s_info;struct statfs sfs;char info_buff[100];while(1){
//cpu 
CPU_OCCUPY cpu_stat1;CPU_OCCUPY cpu_stat2;int cpu;//第一次获取cpu使用情况get_cpuoccupy((CPU_OCCUPY *)&cpu_stat1);
sleep(gap_c);//第二次获取cpu使用情况get_cpuoccupy((CPU_OCCUPY *)&cpu_stat2);//计算cpu使用率cpu = cal_cpuoccupy((CPU_OCCUPY *)&cpu_stat1,(CPU_OCCUPY *)&cpu_stat2);//diskint disk_have = 0;int ret = statfs("/", &sfs);disk_have = (sfs.f_blocks - sfs.f_bfree ) * 100 / (sfs.f_blocks - sfs.f_bfree + sfs.f_bavail) + 1;//mem
//从sysinfo系统调用if(sysinfo(&s_info)==0){sprintf(info_buff,"总内存: %.ld M",s_info.totalram/Mb);printf("%s\n",info_buff);sprintf(info_buff,"未使用内存: %.ld M",s_info.freeram/Mb);printf("%s\n",info_buff);sprintf(info_buff,"交换区总内存: %.ld M",s_info.totalswap/Mb);printf("%s\n",info_buff);sprintf(info_buff,"交换区未使用内存: %.ld M",s_info.freeswap/Mb);printf("%s\n",info_buff);}
// disk  
//  从fstatfs/statfs系统调用
printf("disk:%d%%\n",disk_have);//cpu
printf("cpu usage:%d%%\n",cpu);//time
sprintf(info_buff,"系统运行时间: %.ld 分钟",s_info.uptime/Min);printf("%s\n",info_buff);printf("\n\n");sleep(gap_t);}return 0;
}