linux监测指定进程的CPU及物理内存消耗情况（c程序）
2024-04-12 10:34:12
近日，由于工作要求，研究了一下如何在linux系统下对某个指定的单个进程进行监测，分析其CPU及物理内存的使用情况，并基于c语言写了一个独立的模块，完整的实现上述功能。现将整个模块的代码贴上，以便日后借鉴，并与同道中人分享。源码在ubuntu 16.04、嵌入式主板等多个系统下运行亲测正常，各类注释都比较齐全，对模块的使用方法也有介绍，此处就不再赘述，若有问题，自行阅读源码即可。
注：另有一份代码是基于bash脚本的，同样实现上述的功能，贴于另一篇博客，如有需要，可点击此处跳转。
/**************************************************************************************************
**
** 文件名称: res_monitor.c
** 文件描述: 指定进程的[cpu/内存]资源使用情况监测
** ===============================================================================================
** 创建信息: | 2019-2-1 | LEON | 创建本模块
** ===============================================================================================
** 修改信息: 单击此处添加....
**************************************************************************************************/
#include <time.h>
#include <ctype.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <assert.h>
#include <printf.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <dirent.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>/*************************************************************************************************/
// CPU占用率计算原理：
// 1、读取/proc/pid/stat文件，其中记录了从开机到现在，本进程所占用的CPU时间（单位jiffies）
// 2、然后再读取/proc/stat文件，其中记录了从开机到现在，系统所占用的CPU时间（单位jiffies）
// 3、取两个时间点，这两个时间点的进程耗时差，除以系统耗时差，得到的就是该进程的CPU占用率
/*************************************************************************************************/
// 内存占用率计算原理：
// 读取/proc/pid/status文件，其中以VmRSS开头的行，记录了该进程的物理内存值
/*************************************************************************************************//*************************************************************************************************/
// 下面这段话详细的解释了RSS内存的意义，及其与VSZ内存的区别
//
// RSS（Resident Set Size），常驻内存集大小，表示进程在RAM中占用了多少内存，并不包含在SWAP中占用的虚拟内存
// 即使是在内存中的使用了共享库的内存大小也一并计算在内，包含了完整的在stack和heap中的内存
//
// VSZ（Virtual Memory Size），虚拟内存大小，表明了该进程可以访问的所有内存，包括被交换的内存和共享库内存
//
// 如果进程A的二进制文件大小为500KB，并且链接到了2500KB的共享库，有200KB的stack/heap大小
// 这200KB中又有100KB位于内存中，100KB位于SWAP空间中，并且加载了1000KB的共享库和400KB的自身二进制文件。则
// RSS: 400K + 1000K + 100K = 1500K; VSZ: 500K + 2500K + 200K = 3200K
/*************************************************************************************************//*************************************************************************************************/
// 模块宏定义
/*************************************************************************************************/
#define CPU_START_POS 14 /* stat文件的有效起始行数 */
#define READ_BUF_SIZE 512 /* 读取文件的缓存空间大小 */#define LOG_ENABLE "logon" /* 启用日志输出的命令 */#define MONITR_DATA_PATH "monitor_log" /* 日志文件的子目录 */
#define MONITR_DATA_BEXT ".log" /* 日志文件的后缀名 *//*************************************************************************************************/
// 模块静态变量定义
/*************************************************************************************************/
static long s_cur_pro_cpu, s_pre_pro_cpu; /* 指定程序的本轮/前轮CPU时间 */
static long s_cur_sys_cpu, s_pre_sys_cpu; /* 整个系统的本轮/前轮CPU时间 */static int s_needlogfile; /* 是否要输出到日志文件 */
static char s_recfilepath[128]; /* 日志文件的路径信息 *//**************************************************************************************************
** 函数名称: excute_cmd
** 功能描述: 执行shell脚本，并解析出最终的执行结果
** 输入参数: 脚本命令
** 输出参数: 无
** 返回参数: 返回1表示脚本命令执行成功，返回-1表示执行失败
**************************************************************************************************/
static int excute_cmd(char *comand)
{int status;status = system(comand);if (status == -1) { /* 系统子进程创建失败 */return -1;}if (WIFEXITED(status) == 0) { /* shell拉起失败或未正常执行结束 */return -1;}if (WEXITSTATUS(status) != 0) { /* mkdir命令执行失败 */return -1;}return 1;
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: target_is_exist
** 功能描述: 检查目标是否存在 【目标可以是目录和文件】
** 输入参数: 无
** 输出参数: 无
** 返回参数: 返回1表示目标存在，返回-1表示目标不存在
**************************************************************************************************/
static int target_is_exist(char *target_path)
{int result;result = access(target_path, F_OK);return result;
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: make_sudir
** 功能描述: 创建目录 【可以建立多级子目录】
** 输入参数: 子目录路径
** 输出参数: 无
** 返回参数: 返回0表示该目录已经存在，返回1表示创建成功，返回-1表示创建失败
**************************************************************************************************/
static int make_sudir(char *fpath)
{char *comand;int pathlen, result;if (target_is_exist(fpath) == 1) { /* 目标文件夹已经存在 */return 0;}pathlen = strlen(fpath) + 16; /* 16的长度是为shell命令而留 */comand = (char *)malloc(pathlen);assert(comand != NULL);memset(comand, 0, pathlen);sprintf(comand, "mkdir -p %s", fpath);result = excute_cmd(comand);free(comand); /* 这里要记得释放内存 */return result;
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: write_recfile
** 功能描述: 将信息写入到日志文件中
** 输入参数: 无
** 输出参数: 无
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
static void write_recfile(char *log_path, char *log_text)
{FILE *log_hdl;log_hdl = fopen(log_path, "a");assert(log_hdl != NULL); /* 打开日志记录文件 */assert(fseek(log_hdl, 0, SEEK_END) == 0); /* 定位到尾开始写入 */assert(fwrite(log_text, strlen(log_text), 1, log_hdl) == 1); /* 写入信息内容 */assert(fclose(log_hdl) == 0); /* 关闭日志记录文件 */
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: generate_rfile_path
** 功能描述: 生成文件名路径信息
** 输入参数: 无
** 输出参数: 无
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
static void generate_rfile_path(char *target)
{struct timeval tv;struct tm tm;char timestr[32];memset(timestr, 0, sizeof(timestr));gettimeofday(&tv, NULL);tm = *localtime(&tv.tv_sec);sprintf(timestr, "%.4d%.2d%.2d_%.2d%.2d%.2d", tm.tm_year + 1900, tm.tm_mon + 1, tm.tm_mday, tm.tm_hour, tm.tm_min, tm.tm_sec);assert(make_sudir(MONITR_DATA_PATH) != -1);memset(s_recfilepath, 0, sizeof(s_recfilepath));sprintf(s_recfilepath, "%s/%s_%s%s", MONITR_DATA_PATH, target, timestr, MONITR_DATA_BEXT);printf("log is enabled. log_file \"%s\"\n", s_recfilepath);
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: record_loginfo
** 功能描述: 将信息记录到日志文件，并进行打印输出
** 输入参数: 无
** 输出参数: 无
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
static void record_loginfo(char *info)
{struct timeval tv;struct tm tm;int tlen;char *wstr;tlen = strlen(info) + 32; /* 32用于存放时间戳 */wstr = malloc(tlen);assert(wstr != 0);gettimeofday(&tv, NULL);tm = *localtime(&tv.tv_sec);sprintf(wstr, "[%04d/%02d/%02d %02d:%02d:%02d] %s", tm.tm_year + 1900, tm.tm_mon + 1, tm.tm_mday, tm.tm_hour, tm.tm_min, tm.tm_sec, info);printf("%s", wstr); /* 输出到终端显示 */if (s_needlogfile > 0) {write_recfile(s_recfilepath, wstr); /* 记录到日志文件 */}
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: find_pid_by_name
** 功能描述: 根据进程名得到进程ID
** 输入参数: 无
** 输出参数: 无
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
int find_pid_by_name(char* pidName)
{DIR *prodir;FILE *status;struct dirent *next;char finame[READ_BUF_SIZE];char tmpbuf[READ_BUF_SIZE];char pcname[READ_BUF_SIZE];prodir = opendir("/proc"); /* proc中包括当前的进程信息 */assert(prodir != NULL);while ((next = readdir(prodir)) != NULL) { /* 逐个检索所有目录 */if (strcmp(next->d_name, "..") == 0) {continue;}if (!isdigit(*next->d_name)) { /* 进程目录必须是数字的 */continue;}sprintf(finame, "/proc/%s/status", next->d_name); /* 拼凑出完整的目录名称 */if (!(status = fopen(finame, "r"))) {continue;}if (fgets(tmpbuf, READ_BUF_SIZE - 1, status) == NULL) { /* 读取目录下的文件 */fclose(status);continue;}fclose(status);sscanf(tmpbuf, "%*s %s", pcname); /* 提取出其中的有效内容 */if (strcmp(pcname, pidName) == 0) { /* 与所输入的进程名符合 */return strtol(next->d_name, NULL, 0);}}return 0;
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: get_items_by_pos
** 功能描述: 在字符串中寻找第N次空格出现的地方
** 输入参数: 无
** 输出参数: 无
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
char *get_items_by_pos(char *buff, unsigned int numb)
{char *crpos;int i, ttlen, count;crpos = buff;ttlen = strlen(buff);count = 0;for (i = 0; i < ttlen; i++) {if (' ' == *crpos) { /* 以空格为标记符进行识别 */count++;if (count == (numb - 1)) { /* 全部个数都找完了 */crpos++;break;}}crpos++;}return crpos;
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: get_pro_cpu_time
** 功能描述: 获取某个进程的CPU时间（从开机到现在，单位jiffies）
** 输入参数: 无
** 输出参数: 无
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
long get_pro_cpu_time(unsigned int pid)
{FILE *fd;char *vpos, buff[1024];long utime, stime, cutime, cstime;sprintf(buff, "/proc/%d/stat", pid); /* 读取进程的状态文件 */fd = fopen(buff, "r");assert(fd != NULL);assert(fgets(buff, sizeof(buff), fd) != NULL); /* 读取文件内容到缓冲区 */vpos = get_items_by_pos(buff, CPU_START_POS); /* 读取指定的条目内容 */sscanf(vpos, "%ld %ld %ld %ld", &utime, &stime, &cutime, &cstime); /* 将条目内容拆分成实际的数据 */fclose(fd);return (utime + stime + cutime + cstime);
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: get_sys_cpu_time
** 功能描述: 获取整个系统的CPU时间（从开机到现在，单位jiffies）
** 输入参数: 无
** 输出参数: 无
** 返回参数: 无
**************************************************************************************************/
long get_sys_cpu_time(void)
{FILE *fd;char name[32], buff[1024];long user, nice, syst, idle;fd = fopen("/proc/stat", "r"); /* 读取系统的状态文件 */assert(fd != NULL);assert(fgets(buff, sizeof(buff), fd) != NULL); /* 读取文件内容到缓冲区 */sscanf(buff, "%s %ld %ld %ld %ld", name, &user, &nice, &syst, &idle); /* 将条目内容拆分成实际的数据 */fclose(fd);return (user + nice + syst + idle);
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: get_cpu_stat
** 功能描述: 获取进程的CPU使用率
** 输入参数: 无
** 输出参数: 无
** 返回参数: 本轮时间片里，该进程的CPU使用率，单位百分比
**************************************************************************************************/
float get_cpu_stat(unsigned int pid)
{float ratio;s_cur_pro_cpu = get_pro_cpu_time(pid);s_cur_sys_cpu = get_sys_cpu_time();if ((s_cur_pro_cpu == s_pre_pro_cpu) || (s_cur_sys_cpu == s_pre_sys_cpu) || (s_cur_pro_cpu == 0) || (s_cur_sys_cpu == 0)) {ratio = 0;} else {ratio = (100.0 * (s_cur_pro_cpu - s_pre_pro_cpu)) / (s_cur_sys_cpu - s_pre_sys_cpu);}s_pre_pro_cpu = s_cur_pro_cpu;s_pre_sys_cpu = s_cur_sys_cpu;return ratio;
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: get_mem_stat
** 功能描述: 获取进程的内存使用情况
** 输入参数: 进程ID值
** 输出参数: 无
** 返回参数: 此刻，该进程的物理内存占用量，单位KB
**************************************************************************************************/
unsigned int get_mem_stat(unsigned int pid)
{FILE *fd;int vmrss;char *valid, sbuff[32], tbuff[1024];sprintf(tbuff, "/proc/%d/status", pid); /* 在proc目录下查找进程对应文件 */fd = fopen(tbuff, "r");assert(fd != NULL);while (1) { /* 对文件内容进行逐行搜索 */assert(fgets(tbuff, sizeof(tbuff), fd) != NULL); /* 文件读取出错 */valid = strstr(tbuff, "VmRSS"); /* 在该行内容中搜索关键词 */if (valid != NULL) { /* 结果非空则表示搜索成功 */break;}}sscanf(tbuff, "%s %d", sbuff, &vmrss); /* 将该行内容拆成符合需要的格式 */fclose(fd);return vmrss;
}/**************************************************************************************************
** 函数名称: main
** 功能描述: 主函数
** 输入参数: 需要监测的进程名称，刷新的频率，以及是否要输出到日志文件
** 输出参数: 无
** 返回参数: 无
** 使用方法: 输入"monitor_pc cheese 1"，表示以1s的频率监控cheese进程的CPU及物理内存使用情况
** 使用方法: 如果需要将监控数据同步输出到日志文件，则输入"monitor_pc cheese 1 logon"即可
**************************************************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{unsigned int pid, rtime;char *name_pos, *proc_name, sstr[128];if (argc < 3) {printf("invalid cmd!!! should specify \"proc_name\" and \"refresh_time\"\n");return 1;}proc_name = argv[0]; /* 获取进程名称 */name_pos = strrchr(proc_name, '/');if (NULL != name_pos){ /* 提取出路径最后部分的文件名 */proc_name = name_pos + 1;}printf("proc \"%s\" starting...\n", proc_name);rtime = atoi(argv[2]); /* 获取刷新时间 */if ((rtime == 0) || (rtime > 60)) {printf("invalid refresh_time(%d)!!! valid range: 0-60\n", rtime);return 1;}s_needlogfile = 0; /* 默认不需要启用日志输出功能 */if ((argc == 4) && (strcmp(argv[3], LOG_ENABLE) == 0)) { /* 判断用户输入的命令是否符合要求 */generate_rfile_path(argv[1]); /* 生成日志文件的路径信息 */s_needlogfile = 1;}while (1) {pid = find_pid_by_name(argv[1]);if (pid == 0) {sprintf(sstr, "proc \"%s\" not found...\n", argv[1]);} else {sprintf(sstr, "cpu %.2f%%, mem %d KB\n", get_cpu_stat(pid), get_mem_stat(pid));}record_loginfo(sstr);sleep(rtime);}return 0;
}
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