盒子
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文章目录
  1. 缘由
  2. 思路
  3. 代码
  4. 结果

监控进程内存

缘由

需要获取某程序运行过程中的内存消耗,一般情况可以使用 top 命令来人工分析,不过我遇到一个程序其内部调用包括 python, R, 以及一系列 linux 命令,这就导致人工统计不太现实

问题变成统计进程及其子进程的内存使用,可以通过 pstree 命令查看进程与子进程的关系,但是其输出图形,不太方便获取所有子进程ID,因此打算自己编写 C++ 代码来实现

思路

用伪码表示:

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当待查询进程存在:
遍历用户所有进程,获取每个进程的ID和父进程ID及内存
维护一个表,记录与待查询进程相关的子进程及其内存,初始化只有待查询进程
遍历所有进程:
如果当前进程的父进程在表中:
将此进程及对应内存加入表
汇总表,得出总内存,并打印

这里细节是如何高效的更新表,可以将问题抽象为由一组边来构建树的过程,每个进程都有唯一的进程id(pid)和父进程id(ppid),正常来说一个系统所有的进程可以构建成一棵树(linux系统上所有进程都是由其他进程fork来的),不过我们只想查询某个用户下的进程,因此结果会构建成多棵树,只要遍历找到某个树的某个节点为感兴趣的进程id,以此节点作为根节点,遍历整棵树汇总内存即为结果

不过为了实现简单,我这里没有采用构建树的方式,而是直接遍历,遇到相关的进程就更新进表中,同时删除掉此进程;当某次遍历后维护进程的链表长度没有发生改变,说明所有子进程已查找完毕;这种计算方式对少量数据情况还是挺快的

代码

查询某个进程的信息比如内存占用,父进程ID等,linux 系统可以通过解析 /proc/pid/status 文件来获取

查找某用户所有进程,可使用命令 ps -U username

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// monitor_process.cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <list>
#include <sstream>
#include <unordered_map>
#include <chrono>
#include <iomanip>

#include <ctime>

#include <sys/sysinfo.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

using namespace std;

int exec_shell(const char* cmd, std::string & res);
pair<int, size_t> physical_memory_used_by_process(int pid);
vector< string > split_str(const std::string& str, char delim=' ', bool skip_empty=true);
bool collect_memory(int root_pid, size_t& total_memory);

const string username = "zhangsan";

struct ProcessInfo
{
int pid;
int ppid;
size_t memory;
};

int main(int argc, char** argv)
{
if (argc != 3)
{
cout<<"Enter <pid> <interval>\n";
exit(-1);
}
int root_pid = stoi(argv[1]);
int interval = stoi(argv[2]);

while (true)
{
size_t memory = 0;
if (!collect_memory(root_pid, memory))
break;
std::chrono::system_clock::time_point now = std::chrono::system_clock::now();
std::time_t now_c = std::chrono::system_clock::to_time_t(now);
cout<< std::put_time(std::localtime(&now_c), "%F %T")<<" "<<memory<<endl;
sleep(interval);
}

return 0;
}

bool collect_memory(int root_pid, size_t& total_memory)
{
string get_all_process = "ps -U " + username + " | awk '{if (NR>1) printf $1\" \"}'";
string res;
exec_shell(get_all_process.c_str(), res);
vector<string> pids = split_str(res);
list<ProcessInfo> process_infos;
for (auto& pid : pids)
{
auto [ppid, memory] = physical_memory_used_by_process(stoi(pid));
// cout<<"pid: "<<pid <<" ppid: "<<ppid<<" "<<memory<<endl;
ProcessInfo pi;
pi.pid = stoi(pid);
pi.ppid = ppid;
pi.memory = memory;
process_infos.push_back(pi);
}

unordered_map<int, size_t> determined;
// Init using the root process
for (auto& pi : process_infos)
{
if (pi.pid == root_pid)
{
determined.insert({root_pid, pi.memory});
break;
}
}
if (determined.empty())
return false;

// Collect all childs process
while (true)
{
auto iter = process_infos.begin();
int old_size = process_infos.size();
while (iter != process_infos.end())
{
//cout<<"skip pid: "<<iter->pid<<endl;
//cout<<"determined size: "<<determined.size()<<endl;
if (determined.count(iter->ppid) != 0)
{
determined[iter->pid] = iter->memory;
//cout<<"add pid: "<<iter->pid<<" memory: "<<iter->memory<<endl;
process_infos.erase(iter);
break;
}
iter++;
}
int new_size = process_infos.size();
if (old_size == new_size)
break;
}
for (auto& [_, m] : determined)
total_memory += m;

return true;
}

int exec_shell(const char* cmd, std::string & res)
{
FILE* pp = popen(cmd, "r"); // make pipe
if (!pp)
{
return -1;
}
char tmp[1024]; // store the stdout per line
while (fgets(tmp, sizeof(tmp), pp) != NULL)
{
if (tmp[strlen(tmp) - 1] == '\n')
{
tmp[strlen(tmp) - 1] = '\0';
}
res += tmp;
}

// close pipe, the return code is cmd's status
// returns the exit status of the terminating command processor
// -1 if an error occurs
int rtn = pclose(pp);
#ifndef _WIN32
rtn = WEXITSTATUS(rtn);
#endif

return rtn;
}

pair<int, size_t> physical_memory_used_by_process(int pid)
{
pair<int, size_t> result(-1, 0);
#ifndef _WIN32
string file_name = "/proc/"+to_string(pid)+"/status";
FILE* file = fopen(file_name.c_str(), "r");
if (!file) return result;
char line[128];
while (fgets(line, 128, file) != nullptr)
{
if (strncmp(line, "VmRSS:", 6) == 0)
{
int len = strlen(line);

const char* p = line;
for (; std::isdigit(*p) == false; ++p)
{
}

line[len - 3] = 0;
result.second = atoi(p);
}
else if (strncmp(line, "PPid:", 5) == 0)
{
int len = strlen(line);

const char* p = line;
for (; std::isdigit(*p) == false; ++p)
{
}

result.first = atoi(p);
}
}
fclose(file);
#endif

return result;
}

vector< string > split_str(const std::string& str, char delim, bool skip_empty)
{
std::istringstream iss(str);
vector< string > res;
for (std::string item; getline(iss, item, delim);)
if (skip_empty && item.empty())
continue;
else
res.push_back(item);
return res;
}

结果

使用 gcc9.1 编译代码 g++ -std=c++17 monitor_process.cpp -o pm

首先运行待检测的程序,然后通过命令如 top 确定对应进程ID, 运行命令如 ./pm 25201 2 监控 id 为25201的进程,刷新间隔为2秒

结果输出:

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这里输出的内存单位是 KB

注意:由于需要进程启动之后才能开启监控,导致进程内存无法从0开始;当进程结束,则监控程序也会退出

关于结果展示,直接将输出结果的第二列和第三列拷贝到 Excel 中,插入折线图即可看到内存随时间变化情况