Как определить потребление CPU и памяти изнутри процесса на C++?

Системные вызовы: /proc/self/stat (Linux) и GetProcessTimes (Windows)

Ваша проблема типична для начинающих разработчиков. clock() измеряет только процессорное время текущего потока, что не даёт полной картины. Для получения реальных метрик CPU и памяти изнутри процесса нужно использовать системные API. Рассмотрим два основных подхода для Linux и Windows.

1. Linux: чтение /proc/self/stat и /proc/self/status

В Linux виртуальная файловая система /proc предоставляет информацию о каждом процессе. Файл /proc/self/stat содержит данные о CPU, а /proc/self/status — о памяти. Пример получения загрузки CPU:

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <sstream>
#include <unistd.h>

double get_cpu_usage() {
    std::ifstream stat_file("/proc/self/stat");
    std::string line;
    std::getline(stat_file, line);
    std::istringstream iss(line);
    
    // Пропускаем первые 13 полей (pid, имя, состояние и т.д.)
    std::string tmp;
    for (int i = 0; i < 13; ++i) iss >> tmp;
    
    long utime, stime; // пользовательское и системное время (в тиках)
    iss >> utime >> stime;
    
    long ticks_per_sec = sysconf(_SC_CLK_TCK);
    double total_time = (utime + stime) / (double)ticks_per_sec;
    
    // Для получения загрузки за интервал нужно два замера
    return total_time;
}

long get_memory_usage() {
    std::ifstream status_file("/proc/self/status");
    std::string line;
    while (std::getline(status_file, line)) {
        if (line.find("VmRSS:") != std::string::npos) {
            // VmRSS — физическая память, используемая процессом
            std::istringstream iss(line);
            std::string key;
            long value;
            std::string unit;
            iss >> key >> value >> unit;
            return value; // в килобайтах
        }
    }
    return 0;
}

int main() {
    std::cout << "Memory: " << get_memory_usage() << " KB" << std::endl;
    
    double start = get_cpu_usage();
    // Ваш код
    for (int i = 0; i < 100000000; ++i) {}
    double end = get_cpu_usage();
    
    std::cout << "CPU time used: " << end - start << " seconds" << std::endl;
    return 0;
}

2. Windows: GetProcessTimes и GetProcessMemoryInfo

На Windows используйте WinAPI. Для памяти потребуется библиотека Psapi.h:

#include <windows.h>
#include <psapi.h>
#include <iostream>

double get_cpu_usage() {
    FILETIME create_time, exit_time, kernel_time, user_time;
    GetProcessTimes(GetCurrentProcess(), &create_time, &exit_time, &kernel_time, &user_time);
    
    // Преобразуем FILETIME в 64-битное значение (100-наносекундные интервалы)
    ULARGE_INTEGER kt, ut;
    kt.LowPart = kernel_time.dwLowDateTime;
    kt.HighPart = kernel_time.dwHighDateTime;
    ut.LowPart = user_time.dwLowDateTime;
    ut.HighPart = user_time.dwHighDateTime;
    
    double total_time = (kt.QuadPart + ut.QuadPart) / 10000000.0; // в секунды
    return total_time;
}

size_t get_memory_usage() {
    PROCESS_MEMORY_COUNTERS pmc;
    GetProcessMemoryInfo(GetCurrentProcess(), &pmc, sizeof(pmc));
    return pmc.WorkingSetSize; // в байтах
}

int main() {
    std::cout << "Memory: " << get_memory_usage() / 1024 << " KB" << std::endl;
    
    double start = get_cpu_usage();
    // Ваш код
    for (int i = 0; i < 100000000; ++i) {}
    double end = get_cpu_usage();
    
    std::cout << "CPU time used: " << end - start << " seconds" << std::endl;
    return 0;
}

3. Кроссплатформенное решение с препроцессором

Объедините оба подхода с помощью условной компиляции:

#ifdef _WIN32
    // Windows код
#else
    // Linux код
#endif

Для более сложных метрик (например, процент загрузки CPU за интервал) нужно делать два замера с паузой и вычислять разницу, делённую на реальное время. Помните: эти методы не показывают «процент» напрямую — они дают процессорное время, которое нужно нормировать.

• VmRSS — физическая память, занятая процессом (реальная, без свопа).
• utime + stime — общее процессорное время (пользовательское + системное).
• WorkingSetSize — аналог VmRSS на Windows.

Этот подход надёжен и используется в production-системах. Для учебных целей он идеален, но для продакшена рассмотрите готовые библиотеки, например, getrusage() в Linux.

#include <sys/resource.h>
#include <iostream>

double get_cpu_time() {
    struct rusage usage;
    getrusage(RUSAGE_SELF, &usage);
    double user = usage.ru_utime.tv_sec + usage.ru_utime.tv_usec / 1e6;
    double sys = usage.ru_stime.tv_sec + usage.ru_stime.tv_usec / 1e6;
    return user + sys;
}