Linux-应用编程学习笔记(五、系统信息和系统资源)

一、系统信息

系统标识uname

获取当前操作系统内核的名称和信息。

#include <sys/utsname.h>

int uname(struct utsname *buf);

buf：struct utsname 结构体类型指针，指向一个 struct utsname 结构体类型对象。
返回值：成功返回 0；失败将返回-1，并设置 errno。

struct utsname {
 char sysname[]; /* 当前操作系统的名称 */
 char nodename[]; /* 网络上的名称（主机名） */
 char release[]; /* 操作系统内核版本 */
 char version[]; /* 操作系统发行版本 */
 char machine[]; /* 硬件架构类型 */
 #ifdef _GNU_SOURCE
 char domainname[];/* 当前域名 */
 #endif
};

sysinfo函数

获取系统统计信息。

#include <sys/sysinfo.h>

int sysinfo(struct sysinfo *info);

struct sysinfo {
    long uptime; /* 自系统启动之后所经过的时间（以秒为单位） */
    unsigned long loads[3]; /* 1, 5, and 15 minute load averages */
    unsigned long totalram; /* 总的可用内存大小 */
    unsigned long freeram; /* 还未被使用的内存大小 */
    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; /* 系统当前进程数量 */
    unsigned long totalhigh; /* Total high memory size */
    unsigned long freehigh; /* Available high memory size */
    unsigned int mem_unit; /* 内存单元大小（以字节为单位） */
    char _f[20-2*sizeof(long)-sizeof(int)]; /* Padding to 64 bytes */
};

gethostname函数

单独获取Linux系统主机名。

#include <unistd.h>

int gethostname(char *name, size_t len);

name：指向用于存放主机名字符串的缓冲区。
len：缓冲区长度。
返回值：成功返回 0,；失败将返回-1，并会设置 errno。

sysconf函数

获取系统的配置信息。

#include <unistd.h>

long sysconf(int name);

二、时间、日期

系统的本地时间由时区配置文件/etc/localtime 定义，通常链接到/usr/share/zoneinfo 目录下的某一个文件。
修改 Ubuntu 系统本地时间的时区信息：

sudo rm -rf localtime #删除原有链接文件
sudo ln -s /usr/share/zoneinfo/EST localtime #重新建立链接文件

获取时间time/gettimeofday

#include <time.h>

time_t time(time_t *tloc);
tloc：如果 tloc 参数不是 NULL，则返回值也存储在 tloc 指向的内存中。
返回值：成功则返回自 1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)以来的时间值（以秒为单位）；失败则返回-1，
并会设置 errno。


#include <sys/time.h>

int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
tv：参数 tv 是一个 struct timeval 结构体指针变量，struct timeval 结构体在前面章节内容中已经给大家介
绍过，具体参考示例代码 5.6.3。
tz：参数 tz 是个历史产物，早期实现用其来获取系统的时区信息，目前已遭废弃，在调用 gettimeofday()
函数时应将参数 tz 设置为 NULL。
返回值：成功返回 0；失败将返回-1，并设置 errno。

时间转换函数

1.ctime
将日历时间转换为可打印输出的字符串形式：
#include <time.h>

char *ctime(const time_t *timep);
char *ctime_r(const time_t *timep, char *buf);

timep：time_t 时间变量指针。
返回值：成功将返回一个 char *类型指针，指向转换后得到的字符串；失败将返回 NULL。


2.localtime
把 time()或 gettimeofday()得到的秒数（time_t 时间或日历时间）变成一个 struct tm
结构体所表示的时间，该时间对应的是本地时间。
#include <time.h>

struct tm *localtime(const time_t *timep);
struct tm *localtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);

timep：需要进行转换的 time_t 时间变量对应的指针，可通过 time()或 gettimeofday()获取得到。
result：是一个 struct tm 结构体类型指针，稍后给大家介绍 struct tm 结构体，参数 result 是可重入函数localtime_r()需要额外提供的参数。
返回值：对于不可重入版本 localtime()来说，成功则返回一个有效的 struct tm 结构体指针，而对于可重
入版本 localtime_r()来说，成功执行情况下，返回值将会等于参数 result；失败则返回 NULL。

struct tm {
 int tm_sec; /* 秒(0-60) */
 int tm_min; /* 分(0-59) */
 int tm_hour; /* 时(0-23) */
 int tm_mday; /* 日(1-31) */
 int tm_mon; /* 月(0-11) */
 int tm_year; /* 年(这个值表示的是自 1900 年到现在经过的年数) */
 int tm_wday; /* 星期(0-6, 星期日 Sunday = 0、星期一=1...) */
 int tm_yday; /* 一年里的第几天(0-365, 1 Jan = 0) */
 int tm_isdst; /* 夏令时 */
};


3.gmtime
把 time_t 时间变成一个 struct tm 结构体所表示的时间，与 localtime()所不同的是，gmtime()函数所得到的是 UTC 国际标准时间，不是计算机的本地时间。
#include <time.h>

struct tm *gmtime(const time_t *timep);
struct tm *gmtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);


4.mktime
将使用 struct tm 结构体表示的分解时间转换为 time_t时间（日历时间）。
#include <time.h>

time_t mktime(struct tm *tm);
tm：需要进行转换的 struct tm 结构体变量对应的指针。
返回值：成功返回转换得到 time_t 时间值；失败返回-1。


5.asctime
将时间转换为可打印输出的字符串形式
#include <time.h>

char *asctime(const struct tm *tm);
char *asctime_r(const struct tm *tm, char *buf);
tm：需要进行转换的 struct tm 表示的时间。
buf：可重入版本函数 asctime_r 需要额外提供的参数 buf，指向一个缓冲区，用于存放转换得到的字符
串。
返回值：转换失败将返回 NULL；成功将返回一个 char *类型指针，指向转换后得到的时间字符串，对
于 asctime_r 函数来说，返回值就等于参数 buf。


6.strftime
将一个 struct tm 变量表示的分解时间转换为为格式化字符串,并自定义时间的显示格式。
#include <time.h>

size_t strftime(char *s, size_t max, const char *format, const struct tm *tm);

s：指向一个缓存区的指针，该缓冲区用于存放生成的字符串。
max：字符串的最大字节数。
format：这是一个用字符串表示的字段，包含了普通字符和特殊格式说明符，可以是这两种字符的任意
组合。
tm：指向 struct tm 结构体对象的指针。
返回值：如果转换得到的目标字符串不超过最大字节数（也就是 max），则返回放置到 s 数组中的字节
数；如果超过了最大字节数，则返回 0。


7.settimeofday
设置系统的本地时间。
#include <sys/time.h>
int settimeofday(const struct timeval *tv, const struct timezone *tz);
tv：参数 tv 是一个 struct timeval 结构体指针变量，struct timeval 结构体在前面章节内容中已经给大家介
绍了，需要设置的时间便通过参数 tv 指向的 struct timeval 结构体变量传递进去。
tz：参数 tz 是个历史产物，早期实现用其来设置系统的时区信息，目前已遭废弃，在调用 settimeofday()
函数时应将参数 tz 设置为 NULL。
返回值：成功返回 0；失败将返回-1，并设置 errno。

三、进程时间

• 用户 CPU 时间：进程在用户空间（用户态）下运行所花费的 CPU 时间。有时也成为虚拟时间（virtual time）。
• 系统 CPU 时间：进程在内核空间（内核态）下运行所花费的 CPU 时间。这是内核执行系统调用或代表进程执行的其它任务（譬如，服务页错误）所花费的时间。

一般来说，进程时间指的是用户 CPU 时间和系统 CPU 时间的总和，也就是总的 CPU 时间。

1.times

获取当前进程时间。

#include <sys/times.h>
clock_t times(struct tms *buf);

buf：times()会将当前进程时间信息存在一个 struct tms 结构体数据。
返回值：返回值类型为 clock_t（实质是 long 类型），调用成功情况下，
将返回从过去任意的一个时间
点（譬如系统启动时间）所经过的时钟滴答数（其实就是系统节拍数），
将(节拍数 / 节拍率)便可得到秒数，
返回值可能会超过 clock_t 所能表示的范围（溢出）；调用失败返回-1，并设置 errno。

struct tms {
 clock_t tms_utime; /* user time, 进程的用户 CPU 时间, tms_utime 个系统节拍数 */
 clock_t tms_stime; /* system time, 进程的系统 CPU 时间, tms_stime 个系统节拍数 */
 clock_t tms_cutime; /* user time of children, 已死掉子进程的 tms_utime + tms_cutime 时间总和 */
 clock_t tms_cstime; /* system time of children, 已死掉子进程的 tms_stime + tms_cstime 时间总和 */
};

2.clock

进程使用的总的 CPU 时间 。

#include <time.h>

clock_t clock(void);
注意 clock()的返回值并不是系统节拍数，如果想要获得秒数，
请除以 CLOCKS_PER_SEC（这是一个宏）。
如果返回的进程时间不可用或其值无法表示，则该返回值是-1。

四、产生随机数

rand

#include <stdlib.h>
int rand(void);
返回值：返回一个介于 0 到 RAND_MAX（包含）之间的值，也就是数学上的[0, RAND_MAX]。
每一次运行程序所得到的随机数序列都是相同的。

srand

#include <stdlib.h>

void srand(unsigned int seed);
seed：指定一个随机数中，int 类型的数据，一般尝尝将当前时间作为随机数种子赋值给参数 seed，
譬如 time(NULL)，因为每次启动应用程序时间上是一样的，
所以就能够使得程序中设置的随机数种子在每次
启动程序时是不一样的。

srand(time(NULL));

五、休眠（延时）

秒级休眠sleep

#include <unistd.h>

unsigned int sleep(unsigned int seconds);
seconds：休眠时长，以秒为单位。
返回值：如果休眠时长为参数 seconds 所指定的秒数，则返回 0；若被信号中断则返回剩余的秒数。

微秒级休眠usleep

#include <unistd.h>

int usleep(useconds_t usec);
usec：休眠时长，以微秒为单位。
返回值：成功返回 0；失败返回-1，并设置 errno。

纳秒级休眠nanosleep

#include <time.h>

int nanosleep(const struct timespec *req, struct timespec *rem);
req：一个 struct timespec 结构体指针，指向一个 struct timespec 变量，用于设置休眠时间长度，
可精确到纳秒级别。
rem：也是一个 struct timespec 结构体指针，指向一个 struct timespec 变量，也可设置 NULL。
返回值：在成功休眠达到请求的时间间隔后，nanosleep()返回 0；
如果中途被信号中断或遇到错误，则返回-1，并将剩余时间记录在
参数 rem 指向的 struct timespec 结构体变量中（参数 rem 不为 NULL 的情况下，
如果为 NULL 表示不接收剩余时间），还会设置 errno 标识错误类型。

文件描述符定时器timerfd

#include <sys/timerfd.h>

int timerfd_create(int clockid, int flags);
clockid：时钟源（CLOCK_REALTIME 或 CLOCK_MONOTONIC）
flags：非阻塞（TFD_NONBLOCK）或自动关闭（TFD_CLOEXEC）

int timerfd_settime(int fd, int flags,
                    const struct itimerspec *new_value,
                    struct itimerspec *old_value);
new_value：定义首次超时时间（it_value）和周期间隔（it_interval）

int timerfd_gettime(int fd, struct itimerspec *curr_value);

六、申请堆内存

malloc，free

#include <stdlib.h>

void *malloc(size_t size);
size：需要分配的内存大小，以字节为单位。
返回值：返回值为 void *类型，如果申请分配内存成功，将返回一个指向该段内存的指针，
void *并不是说没有返回值或者返回空指针，
而是返回的指针类型未知,所以在调用 malloc()时通常需要进行强制类型转换，
将 void *指针类型转换成我们希望的类型；如果分配内存失败（譬如系统堆内存不足）将返回 NULL，
如果参数 size 为 0，返回值也是 NULL。


#include <stdlib.h>

void free(void *ptr);
ptr：指向需要被释放的堆内存对应的指针。

calloc

#include <stdlib.h>

void *calloc(size_t nmemb, size_t size);

分配对齐内存

#include <stdlib.h>

int posix_memalign(void **memptr, size_t alignment, size_t size);
void *aligned_alloc(size_t alignment, size_t size);
void *valloc(size_t size);
#include <malloc.h>
void *memalign(size_t alignment, size_t size);
void *pvalloc(size_t size);

七、proc文件系统

proc 文件系统挂载在系统的/proc 目录下，对于内核开发者（譬如驱动开发工程师）来说，proc 文件 系统给了开发者一种调试内核的方法：通过查看/proc/xxx 文件来获取到内核特定数据结构的值，在添加了新功能前后进行对比，就可以判断此功能所产生的影响是否合理。

• 进程PID

• cmdline：内核启动参数；

• cpuinfo：CPU 相关信息；

• iomem：IO 设备的内存使用情况；

• interrupts：显示被占用的中断号和占用者相关的信息；

• ioports：IO 端口的使用情况；

• kcore：系统物理内存映像，不可读取；

• loadavg：系统平均负载；

• meminfo：物理内存和交换分区使用情况；

• modules：加载的模块列表；

• mounts：挂载的文件系统列表；

• partitions：系统识别的分区表；

• swaps：交换分区的利用情况；

• version：内核版本信息；

• uptime：系统运行时间；

使用cat命令读取/proc目录下文件

使用read函数读取