CPU 使用率监测内核模块编写
介绍
这次写的内核模块比较简单（不要问我为啥总是写一些奇奇怪怪的东西 XD），用于在内核态监控 CPU 使用率。在实现上主要就是对 htop 和 /proc/stat 的实现的简单缝合，配合内核态时钟来定时获取数据，最后配合 procfs 来实现和用户态的交互，用于配置 CPU 监控阈值。
环境：opencloudos 8.6，内核版本 5.4.119
仓库地址：https://github.com/ytf4425/cpu_monitor_in_kernel
实现
数据结构
CPU 状态数据的定义从 htop 的源代码中获取，CPUData 来自 linux/LinuxProcessList.h，可以将其中的 unsigned long long int 替换成内核模块常用的 u64。
cpus 全局变量是一个 CPUData 数组，将在内核模块初始化的时候根据 CPU 核心数使用 vmalloc 初始化数组内存。定义在 stat.c 中，在 cpu.c 中可以以外部变量形式引入。
获取数据 get_stat()
根据 htop 的 LinuxProcessList_scanCPUTime() 函数，htop 是通过读取 /proc/stat 来读取相关参数的，在内核中读文件不太合适，不如直接把 /proc/stat 的实现抄过来（把 Linux 内核源码的 fs/proc/stat.c 抄到了模块的 stat.c 文件中），替换掉 htop 中读文件 -> 解析文件内容的部分，正好也不需要再解析了。
其中模块中的 get_stat() 对应原文件中的 show_stat()，并做了修改：
- 裁剪掉与
intr、ctxt等相关的计算、显示部分的代码 - 将 procfs 的输出函数改成写入
cpus数组的函数write_into_cpus()
同时由于函数内部需要，还应该把 get_idle_time 和 get_iowait_time 一起抄进来。
注意引入头文件 linux/kernel_stat.h。
存储数据 write_into_cpus()
这个函数的主要作用是计算获取得到的数据并存入 cpuData 数组，
主要代码来源是 htop 的 LinuxProcessList_scanCPUTime() 函数，去除前面的 /proc/stat 读取与解析的代码，直接传入 get_stat() 函数获取到的数据，修改写入数据的目的地为 cpuData 数组。
注意还需引入 saturatingSub() 辅助函数。
计算占用率 Platform_setCPUValues()
根据 编程获取 Linux 的内存占用和 CPU 使用率（存档） 这一文章的介绍，可以在 htop 的代码中很容易找到 linux/Platform.c 文件中的 Platform_setCPUValues() 函数。这是用于 Linux 系统计算各 CPU 占用率的算法，抄到了模块的 cpu.c 文件中了，只要抄计算部分的即可，数据来源从全局变量 cpus 中读取。detailedCPUTime 分支如果不需要考虑虚拟化和并不准确的 IOWAIT 的话，可以考虑只抄 else 分支的内容。
需要注意的是，内核态用不到浮点数计算，因此也没有 double 数据类型，不要在代码中出现浮点数，并且计算的时候需要改成先乘以 100 再除以 total，避免先除再乘导致数据消失了。
此外还有来自 htop 的一些宏定义需要抄到 cpu.h 中并引入到 .c 文件中。MAXIMUM 在 htop 源码中没有，可能是来源于标准库，自己手写一个。CLAMP 中有用到 assert 功能，在内核态没有，可以删掉相关的判断语句，直接实现功能（当然还是需要保证条件符合原 assert 中的条件）。
内核定时器回调函数 timer_task()
定时器需要定期通过 get_stat() 获取 CPU 状态数据并使用 Platform_setCPUValues() 计算 CPU 占用率，计算的结果将输出到内核信息，如果不需要打印正常值可以注释掉 timer_task() 中的相关分支。
随后与预设的阈值比较，检查是否超出阈值，如果超出，输出到内核信息。
在结束之后需要重设定时器的计时。
输出效果：
1 | $ dmesg |
procfs 接口编写
procfs 主要就是用于与内核态交互，配置和显示 CPU 使用率监控的阈值，目标文件为 /proc/cpu_threshold。
在读取文件时，读取 alert_threshold[] 数组并使用 sprintf 格式化输出。在写入文件时，使用 sscanf 做格式化输入，并在判断数据合规后写入 alert_threshold[] 数组。
注意字符串输入输出的缓冲区要足够大，能放下所有内容，不然会导致缓冲区溢出与内核崩溃，最好是能提前检查缓冲区是否够用。
以下是使用示例，假设有四个逻辑 CPU，则 CPU 0-3 是每个单独的 CPU 占用率，而 CPU 4 则是平均 CPU 占用率：
1 | $ echo "1 66" >> /proc/cpu_threshold |
模块加载 cpu_monitor_init()
根据在线 CPU 数分配 cpus、alert_threshold 数组的内存空间并清空，随后使用 get_stat() 获取初次 CPU 数据，初始化并添加定时器，初始化 procfs 相关内容。
模块卸载 cpu_monitor_exit()
模块卸载时需要释放 cpus、alert_threshold 数组，删除定时器 timer，删除 procfs 下的文件。
Brief introduction in English
This is a simple kernel module implemented for CPU monitoring.
The code is mainly based on the implementation of htop and /proc/stat.
You just need to make it and sudo insmod cpus.ko, then use /proc/cpu_threshold to set the alert threshold.
If normal values do not need to be printed, the relevant branches in timer_task() can be commented out.
Assuming there are four logical CPUs, CPU 0-3 are the individual CPU usage percentages, and CPU 4 is the average CPU usage percentage:
1 | $ echo "1 66" >> /proc/cpu_threshold |
You can get alert messages in kernel message (use dmesg).