Python监控Linux系统

Posted 2020-11-29

一、使用开源库监控Linux

在这一小节，我们将介绍一个在Python生态中广泛使用的开源项目，即psutil。随后，我们将使用psutil重构前一小节编写的监控程序。另外，还会简单介绍psutil提供的进程管理功能。

1、psutil介绍

psutil = process and system utilities

• psutil是一个开源且跨平台的库，其提供了便利的函数用来获取操作系统的信息，比如CPU，内存，磁盘，网络等。此外，psutil还可以用来进行进程管理，包括判断进程是否存在、获取进程列表、获取进程详细信息等。而且psutil还提供了许多命令行工具提供的功能，包括：ps，top，lsof，netstat，ifconfig， who，df，kill，free，nice，ionice，iostat，iotop，uptime，pidof，tty，taskset，pmap。
• psutil是一个跨平台的库，支持Linux、Windows、OSX、FreeBSD、OpenBSD、NetBSD、Sun Solaris、AIX等操作系统。同时，psutil也支持32位与64位的系统架构，支持Python2.6到Python3.x之间的所有Python版本。
• psutil具有简单易用、功能强大、跨平台等诸多优点，广泛应用于开源项目中，比较有名的有glances、Facebook的osquery、Google的grr等。psutil不但广泛应用于Python语言开发的开源项目中，还被移植到了其他编程语言中，如Go语言的gopsutil、C语言的cpslib、Rust语言的rust-psutil、Ruby语言的posixpsutil等。

pip安装psutil

psutil是一个第三方的开源项目，因此，需要先安装才能够使用。如果安装了Anaconda，psutil就已经可用了。否则，需要在命令行下通过pip安装：

[root@localhost ~]# pip3 install psutil
Collecting psutil
  Downloading psutil-5.7.0.tar.gz (449 kB)
     |████████████████████████████████| 449 kB 4.6 kB/s 
Installing collected packages: psutil
    Running setup.py install for psutil ... done
Successfully installed psutil-5.7.0
[root@python scripts]# ipython            #打开ipython

psutil包含了异常、类、功能函数和常量，其中功能函数用来获取系统的信息，如CPU、磁盘、内存、网络等。类用来实现进程的管理功能。

2、psutil提供的功能函数

根据函数的功能，主要分为CPU、磁盘、内存、网络几类，下面将会总几个方面来介绍psutil提供的功能函数。在这一小节，我们也将学习如何使用psutil来简化使用shell脚本获取监控信息的程序，并获取CPU、内存、磁盘和网络等不同维度。

（1）CPU

与CPU相关的功能函数如下：

函数	描述
psutil.cpu_count()	cpu_count(,[logical]):默认返回逻辑CPU的个数,当设置logical的参数为False时，返回物理CPU的个数。
psutil.cpu_percent()	cpu_percent(,[percpu],[interval])：返回CPU的利用率,percpu为True时显示所有物理核心的利用率,interval不为0时,则阻塞时显示interval执行的时间内的平均利用率
psutil.cpu_times()	cpu_times(,[percpu])：以命名元组(namedtuple)的形式返回cpu的时间花费,percpu=True表示获取每个CPU的时间花费
psutil.cpu_times_percent()	cpu_times_percent(,[percpu])：功能和cpu_times大致相同，看字面意思就能知道，该函数返回的是耗时比例。
psutil.cpu_stats()	cpu_stats()以命名元组的形式返回CPU的统计信息，包括上下文切换，中断，软中断和系统调用次数。
psutil.cpu_freq()	cpu_freq([percpu])：返回cpu频率

1）cpu_count

默认返回逻辑CPU的个数,当设置logical的参数为False时，返回物理CPU的个数。

In [1]: import psutil                                            

In [2]: psutil.cpu_count()                    #查看处理器内核数
Out[2]: 1

In [3]: psutil.cpu_count(logical=False)       #查看目前使用的处理器内核数                   
Out[3]: 1

2）cpu_percent

返回CPU的利用率，percpu为True时显示所有物理核心的利用率，interval不为0时，则阻塞时显示interval执行的时间内的平均利用率。

In [5]: psutil.cpu_percent()                    #查看每个内核使用率 
Out[5]: 0.2

In [6]: psutil.cpu_percent(percpu=True)                          
Out[6]: [0.5]

In [7]: psutil.cpu_percent(percpu=True,interval=2)               
Out[7]: [0.0]

3）cpu_times

以命名元组(namedtuple)的形式返回cpu的时间花费，percpu=True表示获取每个CPU的时间花费。

In [8]: psutil.cpu_times()                                       
Out[8]: scputimes(user=11.1, nice=0.0, system=14.05, idle=3252.64, iowait=0.98, irq=0.0, softirq=0.18, steal=0.0, guest=0.0, guest_nice=0.0)

In [9]: psutil.cpu_times_percent()                               
Out[9]: scputimes(user=0.2, nice=0.0, system=0.1, idle=99.6, iowait=0.0, irq=0.0, softirq=0.0, steal=0.0, guest=0.0, guest_nice=0.0)

4）cpu_stats

以命名元组的形式返回CPU的统计信息，包括上下文切换，中断，软中断和系统调用次数。

In [10]: psutil.cpu_stats()                                      
Out[10]: scpustats(ctx_switches=403960, interrupts=214204, soft_interrupts=217258, syscalls=0)

5）cpu_freq

返回cpu频率。

In [11]: psutil.cpu_freq()                                       
Out[11]: scpufreq(current=1799.453, min=0.0, max=0.0)

（2）内存

与内存相关的功能函数如下：

1）virtual_memory

以命名元组的形式返回内存使用情况，包括总内存、可用内存、内存利用率、buffer和cache等。除了内存利用率，其它字段都以字节为单位返回。

In [1]: import psutil                                                              

In [12]: psutil.virtual_memory()                                 
Out[12]: svmem(total=1023934464, available=383610880, percent=62.5, used=481861632, free=67833856, active=436379648, inactive=340885504, buffers=2166784, cached=472072192, shared=7598080, slab=79253504)

单位转换

#/usr/bin/python
#-*- conding:utf-8 _*_

import psutil

def bytes2human(n):
     symbols = (‘K‘,‘M‘,‘G‘,‘T‘,‘P‘,‘E‘,‘Z‘,‘Y‘)
     prefix = {}
     for i,s in enumerate(symbols):
         prefix[s] = 1 << (i + 1) * 10
         print(prefix[s])
     print(‘============‘)
     for s in reversed(symbols):
         if n >= prefix[s]:
             value = float(n) / prefix[s]
             return ‘%.1f%s‘ % (value,s)
             # return ‘{0}.1f{1}‘.format(value, s)
     return "%sB" % n
     # return "{0}B" .format(n)

print("总内存："+bytes2human(psutil.virtual_memory().total))

运行结果如下所示：

[root@python scripts]# python3 monitor_mem.py 
1024
1048576
1073741824
1099511627776
1125899906842624
1152921504606846976
1180591620717411303424
1208925819614629174706176
============
总内存：976.5M

分析一下

2）swap_memory

以命名元组的形式返回swap/memory使用情况，包含swap中页的换入和换出。

In [13]: psutil.swap_memory()                                    
Out[13]: sswap(total=2147479552, used=0, free=2147479552, percent=0.0, sin=0, sout=0)

（3）磁盘

与磁盘相关的功能如下：

函数	描述
psutil.disk_io_counters()	disk_io_counters([perdisk])：以命名元组的形式返回磁盘io统计信息(汇总的)，包括读、写的次数，读、写的字节数等。 当perdisk的值为True，则分别列出单个磁盘的统计信息(字典：key为磁盘名称，value为统计的namedtuple)。
psutil.disk_partitions()	disk_partitions([all=False])：以命名元组的形式返回所有已挂载的磁盘，包含磁盘名称，挂载点，文件系统类型等信息。 当all等于True时，返回包含/proc等特殊文件系统的挂载信息
psutil.disk_usage()	disk_usage(path)：以命名元组的形式返回path所在磁盘的使用情况，包括磁盘的容量、已经使用的磁盘容量、磁盘的空间利用率等。

1）psutil.disk_io_counters

以命名元组的形式返回磁盘io统计信息(汇总的)，包括读、写的次数，读、写的字节数等。 当perdisk的值为True，则分别列出单个磁盘的统计信息(字典：key为磁盘名称，value为统计的namedtuple)。有了disk_io_counters函数，省去了解析/proc/diskstats文件的烦恼。

In [1]: import psutil                                                              

In [2]: psutil.disk_io_counters()                              
Out[2]: sdiskio(read_count=86913, write_count=46560, read_bytes=5038501376, write_bytes=408987648, read_time=77974, write_time=79557, read_merged_count=5933, write_merged_count=35916, busy_time=42153)

In [3]: psutil.disk_io_counters(perdisk=Tru
Out[3]: 
{‘sda‘: sdiskio(read_count=41472, write_count=5340, read_bytes=2524417024, write_bytes=205662720, read_time=38302, write_time=4484, read_merged_count=5933, write_merged_count=35916, busy_time=21074),
 ‘sda1‘: sdiskio(read_count=1854, write_count=4, read_bytes=6441472, write_bytes=2097152, read_time=370, write_time=35, read_merged_count=0, write_merged_count=0, busy_time=396),
 ‘sda2‘: sdiskio(read_count=39587, write_count=5337, read_bytes=2516263424, write_bytes=203570688, read_time=37925, write_time=4449, read_merged_count=5933, write_merged_count=35916, busy_time=20675),
 ‘sr0‘: sdiskio(read_count=0, write_count=0, read_bytes=0, write_bytes=0, read_time=0, write_time=0, read_merged_count=0, write_merged_count=0, busy_time=0),
 ‘dm-0‘: sdiskio(read_count=38566, write_count=5197, read_bytes=2483773952, write_bytes=55885312, read_time=37685, write_time=3546, read_merged_count=0, write_merged_count=0, busy_time=19410),
 ‘dm-1‘: sdiskio(read_count=6875, write_count=36059, read_bytes=30310400, write_bytes=147697664, read_time=1987, write_time=71537, read_merged_count=0, write_merged_count=0, busy_time=1673)}

2）psutil.disk_partitions

以命名元组的形式返回所有已挂载的磁盘，包含磁盘名称，挂载点，文件系统类型等信息。当all等于True时，返回包含/proc等特殊文件系统的挂载信息。

In [4]: psutil.disk_partitions()      #查看挂载点信息                    
Out[4]: 
[sdiskpart(device=‘/dev/mapper/centos-root‘, mountpoint=‘/‘, fstype=‘xfs‘, opts=‘rw,seclabel,relatime,attr2,inode64,noquota‘),
 sdiskpart(device=‘/dev/sda1‘, mountpoint=‘/boot‘, fstype=‘xfs‘, opts=‘rw,seclabel,relatime,attr2,inode64,noquota‘)]

In [5]: [device for device in psutil.disk_partitions() if device.mountpoint == ‘/‘]
Out[5]: [sdiskpart(device=‘/dev/mapper/centos-root‘, mountpoint=‘/‘, fstype=‘xfs‘, opts=‘rw,seclabel,relatime,attr2,inode64,noquota‘)]

In [6]: def get_disk_via_mountpoint(point):      #创建一个函数
    ...:     disk = [item for item in psutil.disk_partitions() if item.mountpoint == point] 
    ...:     return disk[0].device 
//没有任何输出                           

In [7]: get_disk_via_mountpoint(‘/‘)   #调用get_disk_via_mountpoint查看“/”的挂载点
Out[7]: ‘/dev/mapper/cl-root‘

In [8]: get_disk_via_mountpoint(‘/boot‘) #调用get_disk_via_mountpoint查看“/boot”的挂载点
Out[8]: ‘/dev/sda1‘

3）psutil.disk_usage

以命名元组的形式返回path所在磁盘的使用情况，包括磁盘的容量、已经使用的磁盘容量、磁盘的空间利用率等。

In [9]: psutil.disk_usage(‘/‘)       
Out[9]: sdiskusage(total=18238930944, used=6775488512, free=11463442432, percent=37.1)

In [10]: psutil.disk_usage(‘/‘).percent
Out[10]: 37.2

In [11]: type(psutil.disk_usage(‘/‘).percent)
Out[11]: float

（4）网络

与网络相关的函数如下：

函数	详情
psutil.net_io_counter([pernic])	以命名元组的形式返回当前系统中每块网卡的网络io统计信息，包括收发字节数，收发包的数量、出错的情况和删包情况。当pernic为True时，则列出所有网卡的统计信息。
psutil.net_connections([kind])	以列表的形式返回每个网络连接的详细信息(namedtuple)。命名元组包含fd, family, type, laddr, raddr, status, pid等信息。kind表示过滤的连接类型，支持的值如下：(默认为inet)
psutil.net_if_addrs()	以字典的形式返回网卡的配置信息，包括IP地址和mac地址、子网掩码和广播地址。
psutil.net_if_stats()	返回网卡的详细信息，包括是否启动、通信类型、传输速度与mtu。
psutil.users()	以命名元组的方式返回当前登陆用户的信息，包括用户名，登陆时间，终端，与主机信息
psutil.boot_time()	以时间戳的形式返回系统的启动时间

1）psutil.net_io_counter

以命名元组的形式返回当前系统中每块网卡的网络io统计信息，包括收发字节数，收发包的数量、出错的情况和删包情况。当pernic为True时，则列出所有网卡的统计信息。使用net_io_counter函数与自己解析/proc/net/dev文件内容实现的功能相同。

In [1]: import psutil                

In [2]: psutil.net_io_counters()     
Out[2]: snetio(bytes_sent=720405, bytes_recv=3661606, packets_sent=5520, packets_recv=14886, errin=0, errout=0, dropin=0, dropout=0)

In [3]: psutil.net_io_counters(pernic=True) 
Out[3]: 
{‘ens37‘: snetio(bytes_sent=724145, bytes_recv=3365944, packets_sent=5538, packets_recv=10017, errin=0, errout=0, dropin=0, dropout=0),
 ‘lo‘: snetio(bytes_sent=0, bytes_recv=0, packets_sent=0, packets_recv=0, errin=0, errout=0, dropin=0, dropout=0),
 ‘virbr0-nic‘: snetio(bytes_sent=0, bytes_recv=0, packets_sent=0, packets_recv=0, errin=0, errout=0, dropin=0, dropout=0),
 ‘virbr0‘: snetio(bytes_sent=0, bytes_recv=0, packets_sent=0, packets_recv=0, errin=0, errout=0, dropin=0, dropout=0),
 ‘ens33‘: snetio(bytes_sent=0, bytes_recv=298202, packets_sent=0, packets_recv=4899, errin=0, errout=0, dropin=0, dropout=0)}

2）net_connections

以列表的形式返回每个网络连接的详细信息(namedtuple)，可以使用该函数查看网络连接状态，统计连接个数以及处于特定状态的网络连接个数。

In [4]: psutil.net_connections()      
Out[4]: 
[sconn(fd=6, family=<AddressFamily.AF_INET6: 10>, type=<SocketKind.SOCK_STREAM: 1>, laddr=addr(ip=‘::‘, port=111), raddr=(), status=‘LISTEN‘, pid=6558),
 sconn(fd=7, family=<AddressFamily.AF_INET6: 10>, type=<SocketKind.SOCK_DGRAM: 2>, laddr=addr(ip=‘::‘, port=111), raddr=(), status=‘NONE‘, pid=6558),
 sconn(fd=8, family=<AddressFamily.AF_INET6: 10>, type=<SocketKind.SOCK_STREAM: 1>, laddr=addr(ip=‘::1‘, port=6010), raddr=(), status=‘LISTEN‘, pid=9047),
 sconn(fd=6, family=<AddressFamily.AF_INET: 2>, type=<SocketKind.SOCK_STREAM: 1>,
......

In [5]: conns = psutil.net_connections()

In [6]: len([conn for conn in conns if conn.status == ‘TIME_WAIT‘])   
Out[6]: 0

3）net_if_addrs

以字典的形式返回网卡的配置信息，包括IP地址和mac地址、子网掩码和广播地址。

In [7]: psutil.net_if_addrs()                                                     Out[7]: 
{‘lo‘: [snicaddr(family=<AddressFamily.AF_INET: 2>, address=‘127.0.0.1‘, netmask=‘255.0.0.0‘, broadcast=None, ptp=None),
  snicaddr(family=<AddressFamily.AF_INET6: 10>, address=‘::1‘, netmask=‘ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff‘, broadcast=None, ptp=None),
  snicaddr(family=<AddressFamily.AF_PACKET: 17>, address=‘00:00:00:00:00:00‘, netmask=None, broadcast=None, ptp=None)],
 ‘ens37‘: [snicaddr(family=<AddressFamily.AF_INET: 2>, address=‘192.168.1.131‘, netmask=‘255.255.255.255‘, broadcast=‘192.168.1.131‘, ptp=None),
  snicaddr(family=<AddressFamily.AF_INET6: 10>, address=‘240e:82:e03:7342:4378:7be3:558c:fc88‘, netmask=‘ffff:ffff:ffff:ffff::‘, broadcast=None, ptp=None)
......

4）psutil.net_if_stats

返回网卡的详细信息，包括是否启动、通信类型、传输速度与mtu。

In [8]: psutil.net_if_stats()        
Out[8]: 
{‘ens37‘: snicstats(isup=True, duplex=<NicDuplex.NIC_DUPLEX_FULL: 2>, speed=1000, mtu=1500),
 ‘lo‘: snicstats(isup=True, duplex=<NicDuplex.NIC_DUPLEX_UNKNOWN: 0>, speed=0, mtu=65536),
 ‘virbr0-nic‘: snicstats(isup=False, duplex=<NicDuplex.NIC_DUPLEX_FULL: 2>, speed=10, mtu=1500),
 ‘virbr0‘: snicstats(isup=True, duplex=<NicDuplex.NIC_DUPLEX_UNKNOWN: 0>, speed=0, mtu=1500),
 ‘ens33‘: snicstats(isup=True, duplex=<NicDuplex.NIC_DUPLEX_FULL: 2>, speed=1000, mtu=1500)}

（5）其他

1）users

以命名元组的方式返回当前登陆用户的信息，包括用户名，登陆时间，终端，与主机信息。

In [9]: psutil.users()              
Out[9]: 
[suser(name=‘root‘, terminal=‘:0‘, host=‘localhost‘, started=1582366080.0, pid=7991),
 suser(name=‘root‘, terminal=‘pts/0‘, host=‘localhost‘, started=1582366208.0, pid=8927),
 suser(name=‘root‘, terminal=‘pts/1‘, host=‘192.168.1.4‘, started=1582370816.0, pid=10099),
 suser(name=‘root‘, terminal=‘pts/3‘, host=‘192.168.1.4‘, started=1582369408.0, pid=9787)]

2）boot_time

以时间戳的形式返回系统的启动时间。

In [9]: import datetime

In [10]: psutil.boot_time()    
Out[10]: 1582527367.0

In [11]: datetime.datetime.fromtimestamp(psutil.boot_time()).strftime(‘%Y-%m-%d %H:%M:%S‘)                                  
Out[11]: ‘2020-02-24 14:56:07‘

3、综合案例：使用psutil实现监控程序

# coding=utf-8
# !/usr/bin/python

import psutil
import datetime

def bytes2human(n):
    ‘‘‘内存单位转换的方法‘‘‘
    symbols = (‘K‘, ‘M‘, ‘G‘, ‘T‘, ‘P‘, ‘E‘, ‘Z‘, ‘Y‘)
    prefix = {}
    for i, s in enumerate(symbols):
        prefix[s] = 1 << (i + 1) * 10
    for s in reversed(symbols):
        if n >= prefix[s]:
            value = float(n) / prefix[s]
            return ‘%.1f%s‘ % (value, s)
    return "%sB" % n

def get_cpu_info():
    ‘‘‘获取CPU使用率‘‘‘
    cpu_count = psutil.cpu_count()
    cpu_percent = psutil.cpu_percent(interval=1)
    return dict(cpu_count=cpu_count, cpu_percent=cpu_percent)

def get_memory_info():
    ‘‘‘获取内存信息‘‘‘
    virtual_mem = psutil.virtual_memory()
    mem_total = bytes2human(virtual_mem.total)
    mem_percent = virtual_mem.percent
    mem_free = bytes2human(virtual_mem.free + virtual_mem.buffers + virtual_mem.cached)
    mem_used = bytes2human(virtual_mem.total * mem_percent / 100)
    return dict(mem_total=mem_total, mem_percent=mem_percent, mem_free=mem_free, mem_used=mem_used)

def get_disk_info():
    ‘‘‘获取磁盘信息‘‘‘
    disk_usage = psutil.disk_usage(‘/‘)
    disk_total = bytes2human(disk_usage.total)
    disk_percent = disk_usage.percent
    disk_free = bytes2human(disk_usage.free)
    disk_used = bytes2human(disk_usage.used)
    return dict(disk_total=disk_total, disk_percent=disk_percent, disk_free=disk_free, disk_used=disk_used)

def get_boot_info():
    ‘‘‘获取启动时间‘‘‘
    boot_time = datetime.datetime.fromtimestamp(psutil.boot_time()).strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
    return dict(boot_time=boot_time)

def collect_monitor_data():
    ‘‘‘集中监控硬件信息‘‘‘
    data = {}
    data.update(get_boot_info())
    data.update(get_cpu_info())
    data.update(get_memory_info())
    data.update(get_disk_info())
    print(data)
    return data

collect_monitor_data()

执行结果如下

[root@python scripts]# python3 monitor_psutil.py
{‘boot_time‘: ‘2020-05-06 16:23:37‘, ‘cpu_count‘: 1, ‘cpu_percent‘: 0.0, ‘mem_total‘: ‘976.5M‘, ‘mem_percent‘: 71.4, ‘mem_free‘: ‘448.0M‘, ‘mem_used‘: ‘697.2M‘, ‘disk_total‘: ‘17.0G‘, ‘disk_percent‘: 30.4, ‘disk_free‘: ‘11.8G‘, ‘disk_used‘: ‘5.2G‘}

4、psutil进程管理

psutil还提供了作为进程管理的功能函数，包括获取进程列表，判断是否存在，以及进程管理的类封装。

函数	详情
psutil.Process()	对进程进行封装，可以使用该类的方法获取进行的详细信息，或者给进程发送信号。
psutil.pids()	以列表的形式返回当前正在运行的进程
psutil.pid_exists(1)	判断给点定的pid是否存在
psutil.process_iter()	迭代当前正在运行的进程，返回的是每个进程的Process对象

1）Process类

对进程进行封装，可以使用该类的方法获取进行的详细信息，或者给进程发送信号。

In [1]: import psutil                 

In [2]: init_process = psutil.Process()

In [3]: init_process.cmdline()      
Out[3]: [‘/usr/local/python38/bin/python3.8‘, ‘/usr/local/python38/bin/ipython‘]

Process类包含很多方法来获取进程的详细信息。下面是几个较常用的方法：

name：获取进程的名称
cmdline：获取启动进程的命令行参数
create_time：获取进程的创建时间(时间戳格式)
num_fds：进程打开的文件个数
num_threads：进程的子进程个数
is_running：判断进程是否正在运行
send_signal：给进程发送信号，类似与os.kill等
kill：发送SIGKILL信号结束进程
terminate：发送SIGTEAM信号结束进程

2）pids

以列表的形式返回当前正在运行的进程。

In [1]: import psutil                 

In [2]: init_process = psutil.Process()

In [3]: init_process.cmdline()       
Out[3]: [‘/usr/local/python38/bin/python3.8‘, ‘/usr/local/python38/bin/ipython‘]

In [4]: psutil.pids()[:5]            
Out[4]: [1, 2, 3, 5, 7]

3）pid_exists

判断给点定的pid是否存在。

In [5]: psutil.pid_exists(1)          
Out[5]: True

In [6]: psutil.pid_exists(10245)                              
Out[6]: False

4）process_iter

迭代当前正在运行的进程，返回的是每个进程的Process对象，而pids返回的是进程的列表。