[System Programming] top 명령어 구현

23 Sep 2020

개요

리눅스 내장 명령어 top를 구현한 프로그램이다. top 명령어와 동일하게 3초 단위로 새로 갱신되며, 방향키 및 q 입력으로 Column / Row 이동 및 종료를 할 수 있다.

실행 방법

$make ttop
./ttop

기능

기본 실행
상하 방향키 입력 통한 Row 이동
좌우 방향키 입력 통한 Column 이동

구현 방법

top 명령어의 모든 정보들은 Linux File System에서 얻을 수 있다. 아래는 각각의 항목들에 대한 설명과 값의 출처(Linux File System에서의 파일)들을 작성한 것이다. 프로세스를 추상화한 myProc 구조체를 정의하고, 얻어낸 정보들을 통해 각 프로세스 당 하나의 myProc 인스턴스를 생성했다.

//process를 추상화 한 myProc 구조체
typedef struct{
	unsigned long pid;
	unsigned long uid;			//USER 구하기 위한 uid
	char user[UNAME_LEN];		//user명
	long double cpu;			  //cpu 사용률
	long double mem;			  //메모리 사용률
	unsigned long vsz;			//가상 메모리 사용량
	unsigned long rss;			//실제 메모리 사용량
	unsigned long shr;			//공유 메모리 사용량
	int priority;		    		//우선순위
	int nice;					      //nice 값
	char tty[TTY_LEN];			//터미널
	char stat[STAT_LEN];		//상태
	char start[TIME_LEN];		//프로세스 시작 시각
	char time[TIME_LEN];		//총 cpu 사용 시간
	char cmd[CMD_LEN];			//option 없을 경우에만 출력되는 command (short)
	char command[CMD_LEN];	//option 있을 경우에 출력되는 command (long)
}myProc;

1행

boot time: OS 부팅 시각
- /proc/stat의 5행 2번째 token + 1970년 1월 1일
uptime: OS 부팅 이후 지난 시각
- /proc/uptime의 1번째 token

User 수: active login session (터미널에 로그인한 active user의 수)

 #include <utmp.h>

 struct utmp *ut;
 int userCnt = 0;
 setutmp();    // /proc/utmp 처음부터 읽기
 while((ut = getutent()) != NULL)  // /var/usr/utmp에서 utent 읽어들이기
 	if(ut->ut_type == USER_PROCESS) // /ut_type이 USER일 경우에만 count
 		userCnt++;
    	

load average: 최근 1분/5분/15분 간 평균 실행/대기 중 프로세스 수의 비율
- /.proc/loadavg의 1,2,3번째 token

2행

각 State를 갖는 프로세스 수

3행 (CPU)

가장 최근 refresh 이후로부터의 CPU 사용률 (첫 실행 시에는 OS 시작 이후)
1. us (user): time running un-niced user processes
- /proc/stat의 1행 1번째 token
  1. sy (system): time running kernel processes
- /proc/stat의 1행 3번째 token
  1. ni (nice): time running niced user processes
- /proc/stat의 1행 2번째 token
  1. id (idle): time spent in the kernel idle handler
- /proc/stat의 1행 4번째 token
  1. wa (IO-wait): time waiting for I/O completion
- /proc/stat의 1행 5번째 token
  1. hi (hardware interrupts): time spent servicing hardware interrupts
- /proc/stat의 1행 6번째 token
  1. si (software interrupts): time spent servicing software interrupts
- /proc/stat의 1행 7번째 token
  1. st (stolen time): time stolen from this vm by the hypervisor
- /proc/stat의 1행 8번째 token

4~5행 (Memory)

Memory 사용량
/proc/meminfo의 단위는 모두 kb(1000byte)인 반면, 출력해야 하는 단위는 kib(1024byte)이기 때문에 단위 변환을 수행해야 한다.
1. Mem total: 전체 물리 메모리 크기
- /proc/meminfo의 MemTotal (1행)
  1. Mem free: Free된 메모리 크기
- /proc/meminfo의 MemFree(2행)
  1. Mem used: 사용 중인 메모리 크기
- /proc/meminfo의 MemTotal(1행)-MemFree(2행)-Buffers(4행)-Cached(5행)-SReclaimable(24행)
  1. buff/cache: buffer / Cache 메모리 크기
- /proc/meminfo의 Buffers(4행)+Cache(5행)+SReclaimable(24행)
  1. Swap total: 전체 Swap 메모리 크기
- /proc/meminfo의 SwapTotal(15행)
  1. Swap free: Swap에서 Free된 메모리 크기
- /proc/meminfo의 SwapFree(16행)
  1. Swap used: Swap에서 사용중인 메모리 크기
- SwapTotal(14행)-SwapFree(16행)
  1. avail Mem: 사용 가능한 메모리 크기
- /proc/meminfo의 MemAvailable(3행)

Process

각 프로세스의 pid를 이름으로 하는 디렉터리가 /proc에 존재한다. 해당 디렉터리 내에서 정보를 획득한다.
1. PID: 프로세스 ID
- /proc/pid/stat의 1번째 token
  1. USER: 프로세스 소유자명
- /proc/pid/stat 파일의 uid 알아낸 뒤 uid에서 유저명 획득
```
  #include <sys/types.h>
  #include <pwd.h>

  struct stat statbuf;
  stat("/proc/pid/stat", &statbuf);
  struct passwd *upasswd = getpwuid(statbuf.st_uid);
  char user[32];
  strcpy(user, upasswd->pwd_name);
```

PR: 실행 우선 순위(Priority)
- /proc/pid/stat의 18번째 token
NI: 실행 우선 순위 관련 NICE 값
- /proc/pid/stat의 19번째 token
VIRT: 가상 메모리 사용량 (SWAP+RES)
- /proc/pid/status의 VmSize(18행)
RES: 물리 메모리 사용량
- /proc/pid/status의 VmHWM(21행)
SHR :공유 메모리 사용량
- /proc/pid/status의 RssFile(24행)

S: 프로세스 상태(State)

/proc/pid/stat 3번째 token

각 문자 별 상세 정보

  D    uninterruptible sleep (usually IO)
  R    running or runnable (on run queue)
  S    interruptible sleep (waiting for an event to complete)
  T    stopped by job control signal
  t    stopped by debugger during the tracing
  W    paging (not valid since the 2.6.xx kernel)
  X    dead (should never be seen)
  Z    defunct ("zombie") process, terminated but not reaped by its parent

%CPU: CPU 사용률
- ((utime+stime) / hertz) / (uptime-(startTime/hertz)) * 100
- utime: User Mode에서 프로세스가 사용한 jiffies(clock ticks)
  - /proc/pid/stat의 14번째 token
- stime: Kernel Mode에서 프로세스가 사용한 jiffies(clock ticks)
  - /proc/pid/stat의 15번째 token
- startTime: OS 부팅 후 프로세스 시작까지의 jiffies(clock ticks)
  - /proc/pid/stat의 22번째 token
- uptime: OS 부팅 후 지난 시간(second)
  - /proc/uptime의 1번째 token
- hertz: 1초 간 일어나는 문맥교환 횟수
```
  #include <unistd.h>

  int hertz = (int)sysconf(_SC_CLK_TCK);
```
%MEM: 메모리 사용률
- RES / memTotal
  - RES: 물리 메모리 사용량
    - /proc/pid/status의 VmHWM(21행)
  - memTotal: 전체 메모리 크기
    - /proc/meminfo의 1행 (kib를 kb로 변환해 사용)
TIME+: CPU 사용 시간 (0.01초 단위)
- (utime+stime) / (hertz / 100)
  - utime: User Mode에서 프로세스가 사용한 jiffies(clock ticks)
    - /proc/pid/stat의 14번째 token
  - stime: Kernel Mode에서 프로세스가 사용한 jiffies(clock ticks)
    - /proc/pid/stat의 15번째 token
  - hertz: 1초 간 일어나는 문맥교환 횟수
    #include <unistd.h> int hertz = (int)sysconf(_SC_CLK_TCK);
COMMAND: 프로세스 실행 시 입력된 명령어
- proc/pid/cmdline

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