相信很多人和我一样，top是自己日常使用最多的linux资源查看工具。不过仅限于一些简单的日常场景罢了：敲入top命令，看看哪些进程占用 CPU较多，然后对这些CPU占用较多的进程逐一处理一下。显然这样使用top有些大才小用了。

以前在监控工具使用方面总是浅尝辙止，并未做过多深入研究。近来愈来愈觉得有必要针对几种常用工具好好学习一下了。而top便首当其冲。top是一款 以查看进程(task)信息为中心的Linux系统性能监控工具，通过top我们可以查看到进程相关的cpu和内存占用相关的实时采样信息，因此 top尤其适合用于持续跟踪分析某些进程对系统cpu和内存的占用情况以及对系统负荷的影响。

入门

top的入门使用极其简单，就像前面所说的简单地的输入"top"，我们就能看到top的输出了。

top – 06:35:47 up 7 min,  3 users,  load average: 1.00, 1.18, 0.67
Tasks: 189 total,   2 running, 186 sleeping,   0 stopped,   1 zombie
Cpu(s): 30.5%us,  7.6%sy,  0.0%ni, 60.5%id,  1.5%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
Mem:   1534164k total,  1423392k used,   110772k free,    67328k buffers
Swap:   999420k total,      144k used,   999276k free,   576924k cached

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND                                      
 1954 tonybai   20   0  316m  55m  26m S   26  3.7   0:36.53 compiz                                       
 2308 tonybai   20   0  499m  84m  39m S   13  5.6   1:07.63 chrome
… …

top的输出大致分为上下两个部分，上半部分输出到是系统的总体负荷信息，下半部分则是分进程列出进程的各种属性信息。

总体负荷信息由五行组成：

第一行：top – 06:35:47 up 7 min,  3 users,  load average: 1.00, 1.18, 0.67。
这行的输出与uptime命令是一样一样的，不信你可以单独执行一下uptime命令。我怀疑top就是直接调用uptime或使用uptime部分代码 得到的，毕竟它们都是procps（procps is the package that has a bunch of small useful utilities that give information about processes using the /proc filesystem.）工具集合的一员。这行输出了当前时间( 06:35:47)、自系统启动以来的累计时间(7 min)，当前系统用户数(3 users)，1分钟，5分钟以及15分钟的平均负荷( load average: 1.00, 1.18, 0.67)。

第二行：Tasks: 189 total,   2 running, 186 sleeping,   0 stopped,   1 zombie。
系统的进程信息汇总，包括总数以及处于各种状态的进程数量。

第三行：Cpu(s): 30.5%us,  7.6%sy,  0.0%ni, 60.5%id,  1.5%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st。
系统的CPU信息汇总，包括us(CPU用于运行用户空间进程的时间所占比例，不包括renice的用户进程)、sy(CPU用于运行内核进程的时间所占 比例)、ni(CPU用于运行用户空间被renice的进程的时间所占比例)、id（CPU空闲时间所占比例）、wa(CPU等待I/O完成时间所占用的 比例)、hi（处理硬件中断时间所占比例）、si(处理软中断时间所占比例)、st(虚拟机管理程序为其他task而从本虚拟机'偷取'的CPU时间所占 比例)。

第四行和第五行：
Mem:   1534164k total,  1423392k used,   110772k free,    67328k buffers
Swap:   999420k total,      144k used,   999276k free,   576924k cached

系统的内存以及交换区信息汇总，包括内存总量(mem total)、已使用内存(mem used)、空闲内存(mem free)以及交换区总量(swap total)、交换区使用量(swap used)、交换区空闲(swap free)。这里还有两个值buffers和cache，它们是内核使用的内存缓存，均是用于减少磁盘读取，提升系统性能的。buffers代表有多少内 存用于缓存磁盘数据块，目的是减少写磁盘次数；cache用于缓存从磁盘文件读取的数据，以减少读磁盘次数。

下半部分是进程属性信息展示区。默认情况输出的进程属性包括：
    PID(进程ID)
    USER(进程所有者的用户名)
    PR（进程的动态优先级)
    NI（Nice值，进程的base priority）
    VIRT (进程的虚拟内存用量，包括进程的二进制映像大小、数据区以及所有加载的共享库占用的size， = SWAP + RES)
    RES（进程使用的、未被换出的物理内存大小,= CODE + DATA)
    SHR(共享内存区域大小)
    S（进程状态)
    %CPU（上次刷新到现在运行该task的CPU时间所占百分比）
    %MEM（当前task所占用的内存百分比）
    TIME+  （自task启动后所使用的CPU时间累计）
    COMMAND （task对应的二进制程序名）

定制输出

top提供了强大的输出定制功能，无论是上半部分的系统整体负荷信息还是下半部分的进程属性信息展示都是可以根据使用的需求定制的。

整体负荷信息展示区的定制：
- 第一行展示/隐藏：通过点击键盘上的'l'键可以展示或隐藏第一行信息输出
- Task和CPU信息展示/隐藏：通过点击键盘上的't'键可以展示或隐藏Task和CPU行输出
- Mem和Swap信息展示/隐藏：通过点击键盘上的'm'键可以展示或隐藏Mem和Swap行输出

进程属性信息的显示定制：
默认情况下，我们可以看到top会显示进程的若干属性，包括PID、USER、PR、NI 、VIRT 、RES 、SHR、S、%CPU以及%MEM等。不过这些也仅仅是默认的而已，如果你不关住其中一些属性或关注其他一些属性，你完全可以自定义输出显示的进程属 性。点击键盘上的'f'键，top将为我们打开field选择页面：

Current Fields:  AEHIOQTWKNMbcdfgjplrsuvyzX  for window 1:Def
Toggle fields via field letter, type any other key to return

* A: PID        = Process Id                           0×00002000  PF_FREE_PAGES (2.5)
* E: USER       = User Name                            0×00008000  debug flag (2.5)
* H: PR         = Priority                             0×00024000  special threads (2.5)
… …

页面左侧列出了可选的所有进程属性。其中前面有*前缀的是当前已经选择的属性，比如PID。不过你可以通过点击PID对应的开关键'A'来取消对PID的 选择；同样你也可以点击未选择属性前面的开关键来选择对应的属性，比如敲击'p'来选择SWAP属性。定制完毕后回车回到top主页面，你就会看到你定制 后的结果了。

保存你的定制

如果你不想每次都在top启动后重新做定制操作，那就将你的定制保存到top的用户配置文件中。在定制后的top主页面上输入：'W'，top会提示你：Wrote configuration to '/home/tonybai/.toprc，也就是说top会将你的定制保存在你的~/.toprc中。重启top看看，是否依旧是上次你定制后的结果呢^_^。

多视图

默认情况下top为我们打开了一个视图。不过top可不止支持一个视图。敲入'A'看看会发生什么？没错，你会看到上下分割的四副视图，另外在整个窗口的 左上角会出现反白的'1:Def'，这是一个active视图的提示文字。反复输入'w'，top会在各个视图间切换，左上角会在'1:Def'、 '2:Job'、'3:Mem'和'4:Usr'之间切换。‘1:Def'是默认视图，以CPU占用高低对task进行排序；'2:Job'这个视图看起 来比较陌生，里面展示的task多是些系统服务或内核线程；'3:Mem'视图则是以Mem占用高低对task进行排序；'4:Usr'视图则是按用户名 展示task。用'w'切换到某个视图后，可以输入'A'将该active视图放大为单视图铺满窗口。在多视图展示的情况下，还可以输入'-'来隐藏/展 示某种视图。另外这种多视图的配置也是可以保存在.toprc中的。

批处理模式

平时我们更多用的是在交互模式下运行的top，但交互模式下的数据无法记录下来，不便于事后分析，不过top的批处理模式可弥补这一不足。

执行top -b，即可让top以批处理模式运行。默认情况下top会不断重复执行，似乎批处理模式意义不大。不过我们可以限定批处理模式的运行间隔和运行次数，默认情况下top运行/更新间隔为3s，运行次数为无限制。我们可以通过一些命令行参数来设定这两个值，比如：

$> top -b  -d 1 -n 10

-d 用来设置更新间隔为1s；而-n 则设置批处理运行10次。

默认情况下top输出的task太多，我们可以通过指定相关进程或指定user来将关注面缩小，比如：

$> top -b -p 2500 -p 2501 -d 1 -n 10

这个命令只是会输出2500和2501这两个进程的相关信息。

$> top -b -u www-data -d 1 -n 10

这个命令只会输出www-data这个用户下的所有进程相关信息。

即便在批处理模式下，top依旧会输出整体负荷信息。这样一来对后续的数据后处理会带来些麻烦。一个好的方法是先定制top，再做批处理执行。比如先用 l,m,t把top的整体负荷信息都关闭掉，再定制好要关注的进程属性，保存到toprc中；之后再批处理运行top（可将输出结果重定向到某个数据文件 中），我们得到的数据就会比较规整，处理起来也十分方便了。

Go语言中引入了一个新的关键字defer，个人认为这个语法关键字让异常处理也变得得心应手许多，对改善代码的可读性和可维护性大有裨益，是典型的语法棒棒糖^_^。

像下面这种代码（伪代码）：

void foo() {
    apply resource1;

    retv = action1;
    if not success
        release resource1

    apply resource2;

    retv = action2;
    if not success
        release resource1
        release resource2
}

有了defer后，代码就变得优美多了。

void foo_with_defer() {
    apply resource1;
    defer (release_resource1)

    retv = action1;
    if not success
        return

    apply resource2;
    defer (release_resource2)

    retv = action2;
    if not success
        return
}

如果能在C语言中实现defer这样的语法糖，那该多棒！是否可行呢？经过一段时间钻研，找到一个不那么美的实现方法，约束也很多，也不甚严谨， 谈不上什么可移植性，切不可用到产品环境，权当一种探讨罢了。

Go中defer的语义大致是这样的：
* 在使用defer的函数退出前，defer后面的函数将会被执行；
* 如果一个函数内有多个defer，那么defer按后进先出（LIFO）的顺行执行；
* 即使发生Panic，defer依然可以得到执行

最后一个比较难于模拟，这里仅先尝试前两个语义。下面从设计思路说起。

* “借东风”

要想模拟defer，首先要考虑的一点那就是defer后的语句是在函数return之前执行的。在标准C中，我们无任何举措可以实现这些。要在 C中实现defer，势必要借用一些编译器扩展特性，比如Gcc的扩展。这里实验所使用的编译器是Gcc(4.6.3 (Ubuntu 12.04))。Gcc扩展支持-finstrument-functions编译选项，该选项可以在函数执行前后插入一段运行代码。在之前写过的一篇名 为“为函数添加enter和exit级trace”的文章中对此有较为详细的说明，这里我们还要用到这个扩展特性。

* 偷天换日

如果完全模仿Go的语法，在C中使用defer，大致是这样一种形式：

void foo(void) {
    FILE * fp = NULL;
    fp = fopen("foo.txt", "r");
    if (!fp) return;
    defer(fclose(fp));
   
    /* use fp */
    … …
    return;
}

但C毕竟是C，一门静态的编译型语言，我们如何将fclose(fp)这个信息传递给编译器自动插入的代码中呢？在C语言中，几乎没有手段获得函 数的元信息以及运行时参数信息，并再通过这些信息重新调用和执行该函数。我们得“想招”将这些信息存储起来。

大家知道C语言中的函数，比如这里的fclose，其实是一个函数起始地址；如果我们知道函数地址或又叫函数指针，再加上函数的参数，我们就可以 拼凑在一起执行该函数了。但理论上来说，函数指针也是有类型的，比如：

typedef int (*FUNC_POINTER)(int, int);

这个函数指针类型可以用来执行诸如：int foo(int a, int b)这样的函数，比如：

FUNC_POINTER fp = foo；
fp(1, 2);

但defer后面执行的函数千差万别，我们如何能够得知函数对应的函数指针类型呢？用void*存储？比如：

void *p = foo;
p(1, 2);

编译器会给你一个严重错误！p不是函数指针，不能这么用。那我们如何能让编译器知道这个指针是一个可调用的函数指针呢？我们试试来定义一个“通用 的函数指针”：

typedef void (*defer_func)();

没有返回值，没有参数，这样的函数指针能否执行foo这样的函数呢？答案是可以的，但不是那么完美。至少你不会得到返回值。这么做有两点考虑：
a) 至少可以让编译器知道这是一个函数指针，可以被用来执行函数。
b) 通常我们并不关心defer后面函数的返回值。
c) 参数列表的不同至少目前可以逃过编译器的错误检查，至多给个Warning。

函数指针的问题暂时算是有着落了，那参数怎么办？也就是说defer(fclose(fp))中的fp如何存储下来呢？如果在C中真的使用 defer(fclose(p))这种形式的语法，那么我是砸破脑袋也想不出啥招了！因此我们应该重新设计一下C中的defer应该如何使用？我 们用下面的语法来替代：

defer(fclose, 1, p);

fclose是函数起始地址，1是参数个数，p则是传给fclose的参数。这样fclose和p都可以单独分离出来存储了。但是还是那句 话：defer后面可以执行的函数千万种，哪能穷尽？怎么才能表示成一种通用的方式存储参数呢？回想一下自己在编码过程中用于释放资源的那几类函 数，无非就是关闭文件、关闭文件描述符(包括socket)、释放内存等，这些函数传递的参数不是指针就是整型数，少有传浮点类型或将一个自定义 结构体以传值的方式传入的。我们不妨再次尝试一次“偷天换日” – 用void*存储整型参数或任意指针类型参数。当然其约束就像刚才所说的那些。不过对付大多数资源释放函数而言，应该是足够的了。至于将参数个数也作为一 个固定参数放入defer中，也是鉴于目前无法通过操作可变个数参数列表相关宏来获得参数数量。

最后一个问题。由于被defer的函数的参数个数不定。defer无法将可变个数参数重组后传给被defer的函数。因此目前暂只能通过一种“丑陋”的方式来实现。样例中最多只支持两个参数的被defer函数。

* 样例

首先看看我们的examples的主函数文件main.c。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "defer.h"

int bar(int a, char *s) {
    printf("a = [%d], s = [%s]\n", a, s);
}

int main() {
    FILE *fp = NULL;
    fp = fopen("main.c", "r");
    if (!fp) return;
    defer(fclose, 1, fp);

    int *p = malloc(sizeof(*p));
    if (!p) return;
    defer(free, 1, p);

    defer(bar, 2, 13, "hello");
    return 0;
}

从这里我们可以看到defer的用法，但这不是重点，重点是实现。

有了上面的一些设计思路的阐述，下面的代码也就不难理解了。核心是defer.c。
/* defer.h */
typedef void (*defer_func)();

struct zero_params_func_ctx {
    defer_func df;
};

struct one_params_func_ctx {
    defer_func df;
    void *p1;
};

struct two_params_func_ctx {
    defer_func df;
    void *p1;
    void *p2;
};

struct defer_func_ctx {
    int params_count;
    union {
        struct zero_params_func_ctx zp;
        struct one_params_func_ctx op;
        struct two_params_func_ctx tp;
    } ctx;
};

void stack_push(struct defer_func_ctx *ctx);
struct defer_func_ctx* stack_pop();
int stack_top();

/* defer.c */
struct defer_func_ctx ctx_stack[10];
int top_of_stack = 0; /* stack top from 1 to 10 */

void stack_push(struct defer_func_ctx *ctx) {
    if (top_of_stack >= 10) {
        return;
    }

    ctx_stack[top_of_stack] = *ctx;
    top_of_stack++;
}

struct defer_func_ctx* stack_pop() {
    if (top_of_stack == 0) {
        return NULL;
    }

    top_of_stack–;
    return &ctx_stack[top_of_stack];
}

int stack_top() {
    return top_of_stack;
}

void defer(defer_func fp, int arg_count, …) {
    va_list ap;
    va_start(ap, arg_count);

    struct defer_func_ctx ctx;
    memset(&ctx, 0, sizeof(ctx));
    ctx.params_count = arg_count;

    if (arg_count == 0) {
        ctx.ctx.zp.df = fp;

    } else if (arg_count == 1) {
        ctx.ctx.op.df = fp;
        ctx.ctx.op.p1 = va_arg(ap, void*);

    } else if (arg_count == 2) {
        ctx.ctx.tp.df = fp;
        ctx.ctx.tp.p1 = va_arg(ap, void*);
        ctx.ctx.tp.p2 = va_arg(ap, void*);
        ctx.ctx.tp.df(ctx.ctx.tp.p1, ctx.ctx.tp.p2);
    }

    va_end(ap);
    stack_push(&ctx);
}

多个defer的FIFO调用顺序用一个固定大小的stack来实现。这里只是为了演示，所以stack实现的简单和固定些。

组装后的函数在funcexit.c中执行：

extern struct defer_func_ctx ctx_stack[10];

__attribute__((no_instrument_function))
void __cyg_profile_func_exit(void *this_fn, void *call_site) {
    struct defer_func_ctx *ctx = NULL;

    while ((ctx = stack_pop()) != NULL) {
        if (ctx->params_count == 0) {
            ctx->ctx.zp.df();
        } else if (ctx->params_count == 1) {
            ctx->ctx.op.df(ctx->ctx.op.p1);
        } else if (ctx->params_count == 2) {
            ctx->ctx.tp.df(ctx->ctx.tp.p1, ctx->ctx.tp.p2);
        }
    }
}

最后我们将defer.c、funcexit.c编译成一个.so文件：

gcc -g -fPIC -shared -o libcdefer.so funcexit.c defer.c

而编译main.c的方法如下：

gcc -g main.c -o main -finstrument-functions -I ../lib -L ../lib -lcdefer

一切OK后，先将libcdefer.so放在main同级目录下，执行main即可。

$> ./main
a = [13], s = [hello]

具体代码已经传至这里(trunk/cdefer)，需要的童鞋可自行下载。