在工作中，我們排除app出現(xiàn)的一些性能/資源問題時，通常要先知道當前app的資源使用情況，方能進一步思考改進措施。

獲取這些信息的途徑有很多，我這里簡單分享下兩種：

1）從proc文件系統(tǒng)；

2）通過Linux 的API函數(shù)。

一、/proc/[PID]/下的各個文件

1、proc簡介

/proc 目錄是一個特殊的虛擬文件系統(tǒng)，它提供了對內核運行時信息的訪問，包括進程、設備、網絡、文件系統(tǒng)等各個方面的信息。

它不是一個真正的文件系統(tǒng)，而是基于內核數(shù)據結構的一個接口，通過這個接口可以獲取系統(tǒng)的運行時狀態(tài)。

下面是 /proc 目錄的一些重要子目錄和關鍵內容的說明：

• /proc/[PID]：此目錄以進程的 ID（PID）命名，并包含與該進程有關的文件和目錄，如之前所講的 /proc/pid/目錄。
• /proc/cpuinfo：該文件包含有關 CPU（處理器）的信息，如廠商、型號、頻率、緩存等。
• /proc/meminfo：該文件包含有關系統(tǒng)內存的信息，如總內存、可用內存、緩存、交換分區(qū)等。
• /proc/mounts：此文件列出了系統(tǒng)上已掛載的文件系統(tǒng)，包括文件系統(tǒng)類型、掛載點、掛載選項等信息。
• /proc/net：此目錄包含有關網絡協(xié)議、接口和連接的信息，如 /proc/net/tcp、/proc/net/udp 等文件。
• /proc/sys：此目錄包含與內核參數(shù)和系統(tǒng)配置相關的文件?？梢酝ㄟ^讀寫這些文件來修改內核的運行時行為。
• /proc/version：該文件包含了當前正在運行的內核版本信息。
• /proc/cmdline：此文件包含了系統(tǒng)引導時傳遞給內核的命令行參數(shù)。
• /proc/uptime：該文件包含自系統(tǒng)開機以來的運行時間和空閑時間。
• /proc/sys/kernel/hostname：此文件包含主機的名稱（hostname）。

除了上述目錄和文件，/proc 目錄下還有很多其他文件和目錄，涵蓋了系統(tǒng)和進程的各個方面的信息。

需要注意的是，/proc 目錄下的文件是動態(tài)生成的，信息在進程運行時改變。讀取這些文件時，請確保有足夠的權限，并理解每個文件的含義和用途。此外，不要輕易對 /proc 目錄下的文件進行修改，因為這可能會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定或損壞。

2、/proc/[PID]/詳解

• arch_status: 該文件包含了有關進程所運行的指令集架構的信息。例如，它可以顯示進程在x86或ARM架構上運行。
• attr: 此目錄包含與進程關聯(lián)的文件、目錄和進程的訪問控制列表（ACL）信息。這些文件和目錄的訪問權限可以在這里進行管理和修改。
• autogroup: 這個文件顯示了進程是否被自動控制分組，以限制對CPU資源的訪問。如果進程分配給自動控制分組，則該文件中的值為"1"；否則，為"0"。
• auxv: 此文件包含了進程的輔助向量信息，這些信息在加載動態(tài)鏈接器時向其傳遞參數(shù)。輔助向量為動態(tài)鏈接器提供有關進程環(huán)境和運行狀態(tài)的信息。
• cgroup: 該文件顯示了進程所屬的控制組（cgroup）的路徑?？刂平M是一種組織和限制進程資源使用的方式。
• cmdline: 該文件包含了啟動進程時使用的命令行參數(shù)，以null字符分隔各個參數(shù)?？梢酝ㄟ^讀取該文件來獲取進程的命令行參數(shù)信息。
• comm: 進程的命令名可以通過這個文件獲得。它可以是可執(zhí)行文件名或進程自描述。
• coredump_filter:這個文件決定了進程在發(fā)生崩潰時生成核心轉儲（core dump）的內容。通過修改該文件的值，可以控制生成核心轉儲時包含的內容，這對于調試崩潰問題非常有用?？梢允褂?echo 命令將特定的值寫入這個文件中，以修改核心轉儲的行為。
• cpu_resctrl_groups:這個文件是與 CPU 資源控制（Resource Control）相關的，用于管理進程對CPU資源的使用。通過這個文件，可以查詢或配置進程關聯(lián)的 CPU ResCtrl（CPU資源控制）組的信息。CPU資源控制是用于管理和限制進程對CPU資源的訪問的一種技術，可以實現(xiàn)資源隔離、分配和監(jiān)控。
• cwd: 這是一個符號鏈接，指向進程的當前工作目錄（current working directory）。
• environ: 該文件包含了進程的環(huán)境變量，以null字符分隔各個環(huán)境變量。通過讀取該文件，可以獲取進程的環(huán)境變量信息。
• cpuset: 這個文件包含了進程所屬的 cpuset（CPU affinity）的信息，可以用于管理進程所能使用的 CPU 核心。 通過這個文件，可以查詢或設置進程所在的 cpuset。
• exe:這是一個符號鏈接，指向進程正在執(zhí)行的可執(zhí)行文件。通過讀取這個符號鏈接，可以獲取進程當前正在執(zhí)行的可執(zhí)行文件的路徑。
• fdinfo: 這個目錄包含了關于進程打開的文件描述符（file descriptor）的詳細信息，如文件的偏移量（offset）等。
• gid_map:這個文件用于表示進程的實際組ID（GID）與其用戶命名空間中的GID之間的映射關系。
• io:這個文件包含了有關進程的輸入/輸出統(tǒng)計信息，如讀取和寫入的字節(jié)數(shù)、I/O操作次數(shù)等。
• limits:這個文件包含了對進程資源限制的報告，顯示了一些限制項目的值，比如內存限制、文件大小限制等。
• loginuid:這個文件記錄了與進程關聯(lián)的登錄用戶ID（login UID）。
• map_files:這個目錄包含了進程打開的映射文件的相關信息，可以用于查詢進程當前使用的文件映射情況。
• fd: 此目錄包含了進程打開的文件描述符（file descriptor）的符號鏈接?？梢酝ㄟ^查看這些符號鏈接來獲取進程打開的文件等信息。
• maps: 該文件包含有關進程內存映射的信息，包括進程的內存地址范圍、映射的文件等。
• mounts: 此文件顯示了進程的掛載點信息，包括進程當前掛載的各個文件系統(tǒng)的詳細數(shù)據。
• mem:這個文件允許對進程的內存空間進行直接訪問，可以用于調試、內存分析等目的。
• mountinfo:這個文件提供了有關進程所掛載的文件系統(tǒng)的詳細信息，包括掛載點、掛載選項等。
• mountstats: 此文件包含了有關掛載點的統(tǒng)計信息，如 I/O 統(tǒng)計等。
• net:目錄包含了一系列與網絡相關的文件和子目錄，可以用于查詢進程的網絡連接、端口等信息。
• ns:這個目錄包含了進程的各種命名空間相關的符號鏈接，可以用于查詢和操作進程的命名空間。
• numa_maps:這個文件包含了有關進程內存使用和NUMA節(jié)點分布情況的信息，對于了解進程的NUMA相關性非常有用。
• oom_adj:這個文件包含了與進程的OOM（Out Of Memory）分級相關的信息，用于調整進程在內存不足情況下被系統(tǒng)殺死的優(yōu)先級。
• oom_score:這個文件包含了進程的OOM分數(shù)，用于在系統(tǒng)內存不足時選擇性地終止進程。
• oom_score_adj:與 oom_adj 類似，這個文件也用于調整進程在內存不足情況下被系統(tǒng)殺死的優(yōu)先級。
• pagemap:這個文件提供了有關進程虛擬內存頁面到物理內存幀的映射信息，對于內存管理方面的深入了解非常有用。
• patch_state:這個文件包含了有關進程的內核安全補丁狀態(tài)的信息，通常用于安全審計和補丁管理。
• personality: 這個文件包含了與進程的運行環(huán)境和虛擬機架構相關的信息，用于指定進程的特定行為。
• projid_map:在用戶命名空間中使用的文件，用于表示進程實際項目ID（Project ID）與其用戶命名空間中的項目ID之間的映射關系。
• root:這是一個符號鏈接，指向進程的根目錄。
• sched:這個文件提供了與進程調度策略和優(yōu)先級相關的信息，包括當前調度策略、優(yōu)先級等。
• schedstat:這個文件包含了與進程調度統(tǒng)計相關的信息，如運行時間、等待時間等。
• sessionid:這個文件記錄了與進程關聯(lián)的會話ID。
• setgroups:這個文件包含了與進程的附加組（supplementary group）相關的信息。
• smaps:這個文件提供了詳細的進程內存映射信息，包括每個內存區(qū)域的權限、大小、映射文件等。
• smaps_rollup: 類似于 smaps 文件，但提供了按文件和庫合并的內存映射信息，用于更簡潔的內存分析。
• stack:這個文件記錄了進程的當前棧的內容。
• stat: 這個文件提供了與進程狀態(tài)相關的信息，如進程ID、父進程ID、運行狀態(tài)等。
• statm:這個文件提供了與進程內存使用量相關的信息，包括進程的總內存、共享內存、庫內存、堆內存等。
• status:這個文件提供了有關進程的多種信息，包括進程狀態(tài)、內存使用、文件描述符等。
• syscall:這個目錄包含與進程相關的系統(tǒng)調用信息，可以用于跟蹤和分析進程的系統(tǒng)調用。
• task:這個目錄包含了進程的所有線程（task）的信息。
• timens_offsets:這個文件提供了與進程關聯(lián)的時間命名空間偏移量的信息，用于跟蹤進程的時間命名空間變化。
• timers:這個目錄包含了與進程相關的定時器的信息，如定時器ID、時間值等。
• timerslack_ns:這個文件包含了與進程的定時器松弛值（timerslack）有關的信息，用于調整進程的定時行為。
• uid_map:這個文件用于表示進程的實際用戶ID（UID）與其用戶命名空間中的UID之間的映射關系。
• wchan:是一個用于描繪一個進程在等待什么的內核函數(shù)指針。它表示了進程當前正在等待的內核函數(shù)或系統(tǒng)調用?？捎糜谡{試和分析進程的等待狀態(tài)。

這些文件和目錄提供了關于特定進程的多種信息，如進程狀態(tài)、資源使用情況、環(huán)境變量等，通常被用于性能調優(yōu)、調試以及資源管理方面，對于普通用戶來說可能并不經常需要直接操作這些文件。通過讀取這些文件，可以了解并監(jiān)視系統(tǒng)中各個進程的情況。請注意，有些文件是符號鏈接，需要使用readlink或ls -l等命令來獲取其指向的真實路徑。

知識補充：

命名空間（Namespace）在Linux系統(tǒng)中是一種用于隔離系統(tǒng)資源的機制。它允許在同一臺物理機上創(chuàng)建多個隔離的環(huán)境，每個環(huán)境可以擁有自己獨立的資源實例，例如進程ID、掛載點、網絡、用戶等。這種隔離使得不同的進程能夠在同一系統(tǒng)上運行，而彼此之間互不干擾。

在Linux中，有多種類型的命名空間，包括但不限于以下幾種：

• PID 命名空間（PID Namespace）：使得進程擁有自己獨立的進程ID空間，進程在不同的PID命名空間中可以擁有相同的PID而不會相互影響。
• 掛載命名空間（Mount Namespace）：使得進程擁有獨立的文件系統(tǒng)掛載點，不同的掛載命名空間中可以有不同的文件系統(tǒng)視圖。
• 網絡命名空間（Network Namespace）：允許每個命名空間中擁有獨立的網絡設備、IP地址等網絡資源，實現(xiàn)網絡隔離。
• IPC 命名空間（IPC Namespace）：用于隔離進程間通信資源，如消息隊列和共享內存等。
• UTS 命名空間（UTS Namespace）：用于隔離系統(tǒng)標識，如主機名等。
• 用戶命名空間（User Namespace）：允許分配不同的用戶和組ID給進程，從而實現(xiàn)用戶隔離。

通過使用命名空間，容器技術得以實現(xiàn)，并且不同的容器可以在相互隔離的環(huán)境中運行，從而實現(xiàn)更高效的資源利用和更好的安全性。

二、通過Linux API獲取當前進程或線程的資源使用情況

要獲取當前進程或線程的資源使用情況，可以使用Linux提供的一些系統(tǒng)調用或API。

以下是一些常用的方法：

1、getrusage

getrusage 是一個用于獲取進程或線程的資源使用情況的系統(tǒng)調用函數(shù)，在 Linux 系統(tǒng)中的頭文件 <sys/resource.h> 中定義。

#include <sys/time.h>
#include <sys/resource.h>

int getrusage(int who, struct rusage *usage);

參數(shù)who用于指定獲取資源使用情況的對象，包括以下兩個選項：

• RUSAGE_SELF: 獲取當前進程的資源使用情況。
• RUSAGE_CHILDREN: 獲取當前進程創(chuàng)建的所有子進程的資源使用情況的匯總信息。

參數(shù) usage 是一個指向 struct rusage 結構體的指針，用于存儲獲取到的資源使用情況信息。

//struct rusage 結構體包含了一系列字段，用于表示不同類型的資源使用情況
struct rusage {
    struct timeval ru_utime; /* user CPU time used */
    struct timeval ru_stime; /* system CPU time used */
    long   ru_maxrss;        /* maximum resident set size */
    long   ru_ixrss;         /* integral shared memory size */
    long   ru_idrss;         /* integral unshared data size */
    long   ru_isrss;         /* integral unshared stack size */
    long   ru_minflt;        /* page reclaims (soft page faults) */
    long   ru_majflt;        /* page faults (hard page faults) */
    long   ru_nswap;         /* swaps */
    long   ru_inblock;       /* block input operations */
    long   ru_oublock;       /* block output operations */
    long   ru_msgsnd;        /* IPC messages sent */
    long   ru_msgrcv;        /* IPC messages received */
    long   ru_nsignals;      /* signals received */
    long   ru_nvcsw;         /* voluntary context switches */
    long   ru_nivcsw;        /* involuntary context switches */
};

• ru_utime：用戶級別的 CPU 時間（執(zhí)行用戶程序的時間）。
• ru_stime：系統(tǒng)級別的 CPU 時間（執(zhí)行系統(tǒng)調用的時間）。
• ru_maxrss：進程最大的常駐內存大?。ㄒ?KB 為單位）。
• ru_ixrss：進程的共享內存大小。
• ru_idrss：進程的非共享數(shù)據段的大小。
• ru_isrss：進程的棧大小。
• ru_minflt：產生的次缺頁錯誤（對不存在的內存頁面發(fā)生的訪問，需要從硬盤加載）。
• ru_majflt：產生的主缺頁錯誤（必須從硬盤加載數(shù)據）。
• ru_nswap：發(fā)生的交換次數(shù)（從內存到磁盤或反之）。
• ru_inblock：從塊設備讀取的次數(shù)。
• ru_oublock：向塊設備寫入的次數(shù)。
• ru_msgsnd：發(fā)送的消息數(shù)。
• ru_msgrcv：接收的消息數(shù)。
• ru_nsignals：發(fā)出的信號數(shù)。
• ru_nvcsw：從等待狀態(tài)喚醒的上下文切換次數(shù)（通過虛擬終端 I/O、文件系統(tǒng)路徑名查找、等待 CPU 時間等方式）。
• ru_nivcsw：無法滿足進程需求而導致的上下文切換次數(shù)。

這些資源使用情況信息對于進程性能分析和系統(tǒng)監(jiān)控非常有用。getrusage 函數(shù)返回的資源使用情況是關于當前進程或線程的信息。要獲取其他進程的資源使用情況，需要使用相應的進程相關的系統(tǒng)調用（如 wait4），并將返回的 rusage 結構體作為參數(shù)傳遞給 wait4。

wait4 是一個用于等待子進程結束并獲取其狀態(tài)信息的系統(tǒng)調用函數(shù)。在 Linux 系統(tǒng)中的頭文件 <sys/wait.h> 中定義。wait4 函數(shù)的原型為：

pid_t wait4(pid_t pid, int *status, int options, struct rusage *rusage);

其中參數(shù)含義如下：

• pid：指定要等待的子進程的 ID。傳入 -1 表示等待任意子進程結束。
• status：用于獲取子進程的退出狀態(tài)信息。
• options：用于指定等待的選項，包括一些控制子進程狀態(tài)獲取行為的選項。
• rusage：用于獲取子進程的資源使用情況信息，即上一條回答中提到的 struct rusage 結構體。

wait4 函數(shù)會阻塞父進程，直到指定的子進程結束。當子進程結束后，父進程將獲得子進程的退出狀態(tài)信息存儲在 status 中，并且如果傳入了 rusage 參數(shù)，則會獲取子進程的資源使用情況信息。

通常情況下，wait4 函數(shù)與 fork 函數(shù)結合使用，父進程通過 fork 創(chuàng)建子進程，然后通過 wait4 等待子進程結束，并獲取其狀態(tài)信息。這樣可以實現(xiàn)父子進程之間的同步和協(xié)作。

#include <sys/resource.h>

int main() {
    struct rusage usage;

    getrusage(RUSAGE_SELF, &usage);

    // 打印CPU時間
    printf("CPU時間: %ld.%06ld 秒\n", usage.ru_utime.tv_sec, usage.ru_utime.tv_usec);

    // 打印最大使用的內存
    printf("最大內存使用量: %ld 字節(jié)\n", usage.ru_maxrss);

    // 其他資源使用情況，可以在usage結構體中查看
    // ...

    return 0;
}

2、sysinfo

sysinfo 是一個用于獲取系統(tǒng)信息的系統(tǒng)調用函數(shù)，在 Linux 系統(tǒng)中的頭文件 <sys/sysinfo.h> 中定義。

函數(shù)原型如下：

int sysinfo(struct sysinfo *info);

參數(shù) info 是一個指向 struct sysinfo 結構體的指針，用于存儲獲取到的系統(tǒng)信息。

//Since Linux 2.3.23 (i386) and Linux 2.3.48 (all architectures) the structure is:
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 to 64 bytes */
};

• long uptime：系統(tǒng)已經運行的時間（以秒為單位）。
• unsigned long loads[3]：系統(tǒng)的平均負載值，分別代表過去1分鐘、5分鐘和15分鐘的平均負載。這些值是無符號長整型數(shù)，表示了負載值乘以 2^16 的結果。
• unsigned long totalram：系統(tǒng)總共的物理內存大?。ㄒ宰止?jié)為單位）。
• unsigned long freeram：系統(tǒng)可用的物理內存大小（以字節(jié)為單位）。
• unsigned long sharedram：被共享的物理內存大小（以字節(jié)為單位）。
• unsigned long bufferram：被用作緩沖區(qū)的物理內存大小（以字節(jié)為單位）。
• unsigned long totalswap：交換空間的總大小（以字節(jié)為單位）。
• unsigned long freeswap：可用的交換空間大小（以字節(jié)為單位）。
• unsigned short procs：當前進程數(shù)量。
• unsigned long totalhigh：可用的高位內存大?。ㄒ宰止?jié)為單位）。
• unsigned long freehigh：空閑的高位內存大小（以字節(jié)為單位）。
• unsigned int mem_unit：內存單元大小（以字節(jié)為單位）。

sysinfo 函數(shù)的返回值為 0 表示成功，-1 表示失敗，并且可以通過 errno 來獲取具體錯誤信息。

#include <sys/sysinfo.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    struct sysinfo info;

    sysinfo(&info);

    // 打印總內存大小
    printf("總內存大小: %ld 字節(jié)\n", info.totalram * info.mem_unit);

    // 打印已使用內存大小
    printf("已使用內存大小: %ld 字節(jié)\n", (info.totalram - info.freeram) * info.mem_unit);

    // 其他資源使用情況，可以在info結構體中查看
    // ...

    return 0;
}

在struct sysinfo 結構體中，loads 數(shù)組中的數(shù)值表示了負載值乘以 2^16 的結果，這是因為 sysinfo 結構體中的 loads 數(shù)組使用了 unsigned long 類型。

在 Linux 內核中，負載值是以固定點數(shù)的格式表示的，使用了定點數(shù)表示方式來保留小數(shù)部分。在這里，每個負載值都被乘以了 2^16（65536），以便將小數(shù)部分轉換為整數(shù)。

這種表示方式的好處在于，它可以比較精確地表示系統(tǒng)的負載情況，同時又不需要使用浮點數(shù)來表示，因為浮點數(shù)的運算會耗費相對更多的 CPU 時間。通過將負載值乘以一個固定的倍數(shù)（2^16），可以在不犧牲太多精度的情況下，使用整數(shù)進行表示和計算，這樣會更高效。

當我們從 struct sysinfo 結構體中獲取負載值時，需要將其除以 2^16 來得到真實的負載值。例如，在上面的示例代碼中，打印負載值時并沒有除以 2^16，因此實際的負載值應當是 info.loads[x] / 65536 才能得到系統(tǒng)的實際負載情況。

總之，通過將負載值乘以 2^16 來表示，Linux 內核可以在保持較高精度的同時，使用更高效的整數(shù)表示方式，用于存儲和計算系統(tǒng)的負載情況。

3、times

times 函數(shù)是一個用于獲取進程和子進程的系統(tǒng)和用戶 CPU 時間的系統(tǒng)調用，其原型如下：

#include <sys/times.h>

clock_t times(struct tms *buf);

• buf 是一個指向 tms 結構的指針，它用來存儲 CPU 時間的信息。

struct tms 結構包含了進程和子進程的 CPU 時間信息，其定義如下：

struct tms {
    clock_t tms_utime;  // 進程在用戶態(tài)花費的時間
    clock_t tms_stime;  // 進程在內核態(tài)花費的時間
    clock_t tms_cutime; // 所有已終止子進程在用戶態(tài)花費的時間
    clock_t tms_cstime; // 所有已終止子進程在內核態(tài)花費的時間
};

• tms_utime 表示進程在用戶態(tài)花費的 CPU 時間。
• tms_stime 表示進程在內核態(tài)花費的 CPU 時間。
• tms_cutime 表示所有已終止子進程在用戶態(tài)花費的 CPU 時間。
• tms_cstime 表示所有已終止子進程在內核態(tài)花費的 CPU 時間。

示例代碼如下所示，演示了如何使用 times 函數(shù)來獲取進程的 CPU 時間信息：

#include <stdio.h>
#include <sys/times.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    struct tms tms_buf;
    clock_t start, end;

    // 獲取起始時間
    start = times(&tms_buf);
    printf("Starting time: %ld\n", start);

    // 模擬一些工作
    for (int i = 0; i < 100000000; ++i) {
        // do something
    }

    // 獲取結束時間
    end = times(&tms_buf);
    printf("Ending time: %ld\n", end);

    // 計算 CPU 時間消耗
    clock_t user_time = tms_buf.tms_utime;
    clock_t sys_time = tms_buf.tms_stime;
    printf("User CPU time: %ld\n", user_time);
    printf("System CPU time: %ld\n", sys_time);

    return 0;
}

這個示例代碼中，我們首先調用 times 函數(shù)獲取了進程的 CPU 時間信息，并輸出了起始時間。然后進行了一些模擬工作，之后再次調用 times 函數(shù)獲取了結束時間，最后計算了用戶態(tài)和內核態(tài)的 CPU 時間消耗。

總結

以上為個人經驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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