How to calculate the CPU usage of a process by PID in Linux from C?

在Linux系统中，要从C中通过进程的PID来计算CPU使用率，可以通过解析/proc文件系统中的特定文件来实现。/proc文件系统包含了关于系统进程及其他系统信息的详细数据。特别是，每个进程的具体信息都存储在它的目录/proc/[pid]中，其中[pid]是进程的ID。

对于计算CPU使用率，我们主要关注/proc/[pid]/stat文件。这个文件包含了进程的各种统计信息，包括进程的CPU时间。CPU时间的数据可以帮助我们计算CPU使用率。

下面是具体的步骤和一个简单的示例代码：

1. 读取 /proc/[pid]/stat 文件

这个文件中的第14和第15字段分别是该进程用户态的CPU时间utime和核心态的CPU时间stime。这两个值的总和可以表示该进程占用CPU的总时间。

2. 计算总CPU时间

我们需要获取系统的总CPU时间来计算进程的CPU使用率。这可以通过读取 /proc/stat 文件的第一行来获得，其中包含了所有CPU时间的总和。

3. 计算CPU使用率

CPU使用率可以通过下面的公式计算：

[ \text{CPU 使用率} = \left( \frac{\text{进程的 CPU 时间变化}}{\text{系统的 CPU 时间变化}} \right) \times 100% ]

这需要在两个不同的时间点测量，然后计算差值。

示例代码

下面是一个简单的C程序示例，用于计算特定PID的CPU使用率：

c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

// 函数来读取CPU时间
long get_cpu_time() {
    FILE *fp;
    long total_time = 0;
    long value;
    fp = fopen("/proc/stat", "r");
    fscanf(fp, "cpu  %ld %ld %ld %ld %ld %ld %ld", &value, &value, &value, &value, &value, &value, &value);
    total_time = value;
    fclose(fp);
    return total_time;
}

// 函数来读取进程的CPU时间
long get_process_time(int pid) {
    FILE *fp;
    char buffer[1024];
    long utime, stime;
    sprintf(buffer, "/proc/%d/stat", pid);
    fp = fopen(buffer, "r");
    fscanf(fp, "%*d %*s %*c %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %ld %ld", &utime, &stime);
    fclose(fp);
    return utime + stime;
}

int main() {
    int pid = 1234; // 替换为目标进程的PID
    long initial_cpu_time = get_cpu_time();
    long initial_process_time = get_process_time(pid);
    sleep(1); // 等待一段时间

    long final_cpu_time = get_cpu_time();
    long final_process_time = get_process_time(pid);

    double cpu_usage = 100.0 * (final_process_time - initial_process_time) / (final_cpu_time - initial_cpu_time);
    printf("CPU Usage: %.2f%%\n", cpu_usage);

    return 0;
}

这段代码首先获取初始的CPU和进程时间，等待一秒钟，然后再次获取这些时间，最后计算这段期间的CPU使用率。注意要替换示例中的PID为实际的目标进程PID。

在Linux中，从C语言程序中计算特定进程的CPU使用率可以通过读取 /proc/[pid]/stat 文件来实现，其中 [pid] 是进程的ID。这个文件包含了关于进程的各种统计信息，包括CPU时间统计。

以下是具体步骤和示例代码：

步骤：

1. 打开 /proc/[pid]/stat 文件： 首先需要以读模式打开 /proc/[pid]/stat 文件，这里的 [pid] 是你想要查询的进程ID。

2. 解析文件内容： 从这个文件中解析出需要的CPU时间信息。主要关注的字段是 utime（该进程在用户模式下花费的时间）和 stime（在核心模式下花费的时间）。

3. 计算CPU使用率： 使用从 /proc/stat 文件中读取的总CPU时间，可以计算出进程的CPU使用率。需要记录两个时间点的数据，以计算在这段时间内CPU的使用情况。

4. 重复测量： 对于动态计算CPU使用情况，需要定期重复上述步骤，并计算前后两次测量之间的差异。

示例代码：

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int get_cpu_usage_pct(int pid) {
    char path[40], line[100];
    FILE *stat_file;
    long long int utime, stime, total_time;

    sprintf(path, "/proc/%d/stat", pid);
    stat_file = fopen(path, "r");
    if (!stat_file) {
        perror("Failed to open stat file");
        return -1;
    }

    /* 读取并解析第14和15个字段（utime和stime） */
    for (int i = 1; i <= 13; i++) fscanf(stat_file, "%*s");
    fscanf(stat_file, "%lld %lld", &utime, &stime);
    fclose(stat_file);

    total_time = utime + stime;

    /* 以某种方式转换为百分比 */
    // 示例中略过了从总CPU时间到百分比的转换步骤，因为需要系统总CPU时间信息
    return total_time;
}

int main() {
    int pid = 1234;  // 请替换为实际的PID
    printf("CPU time used by process %d: %d\n", pid, get_cpu_usage_pct(pid));
    return 0;
}

注意： 这个示例没有将时间转换为百分比，因为我们还需要读取系统的总CPU时间，这通常是从 /proc/stat 文件中读取。在实际应用中，你可能需要存储时间点的值，然后比较两个时间点之间的差异来计算CPU的使用率。