文件系统使用量

    注解

    磁盘空间监控这个说法其实不太准确：磁盘 只提供底层块存储，因而只有总容量的概念；至于当前 使用量 、 剩余可用量 等都归 文件系统 管理。因此，正如标题所示，本文采用 文件系统使用量 这个说法。

    除了 存储空间 资源，管理员还需要关注 文件节点 资源。对于大部分文件系统， inode 节点数是固定的，也就是说能存储的文件数是固定的。因此，在文件节点耗尽的情况下，就算存储空间还有剩余也无济于事。

    文件系统使用量 可以通过 系统调用 获取，指标涵盖 存储空间 以及 文件节点 ：

    total_bytes 表示 总存储空间 ，单位为 字节 ，由 相关字段计算而来：

    [total_bytes = statvfs.f_frsize * statvfs.f_blocks]

    statvfs 结构体定义如下：

    free_bytes

    free_bytes 表示 空闲存储空间 ，单位为 字节 ，同样由 statvfs 相关字段计算而来：

    [free_bytes = statvfs.f_frsize * statvfs.f_bfree]

    available_bytes 表示 可用存储空间 ，单位为 字节 ，同样由 相关字段计算而来：

    [available_bytes = statvfs.f_frsize * statvfs.f_bavail]

    文件系统通常为 root 用户预留一部分空间，其他非特权用户不能使用。对 root 用户，可用空间是 free_bytes ；对非特权用户，可用空间是 available_bytes 。一般而言， free_bytes 比 available_bytes 大：

    [free_bytes > available_bytes]

    used_bytes

    used_bytes 表示 已用存储空间 ，即总存储空间减去空闲存储空间：

    [used_bytes = total_bytes - free_bytes]

    used_bytes_percent 表示 可用存储空间百分比 ，计算公式如下：

    [used_bytes_percent = \frac{used_bytes}{used_bytes + available_bytes} \times 100\%]

    读者可能觉得奇怪，为什么不是除以 total_bytes 呢？——因为对于非特权用户，可用存储空间是 available_bytes 而不是 free_bytes 。对非特权用户来说，总存储空间是：

    [total_bytes_for_nonroot = used_bytes + available_bytes]

    因此，已用存储空间百分比是针对非特权用户计算的， df 命令也是采用这个口径。

    文件节点系列

    文件节点 系列指标与 存储空间 系列类似，不再赘述。计算公式列举如下：

    [total_files = statvfs.f_files]

    [available_files = statvfs.f_favail]

    [used_files = total_files - free_files]

    [used_files_percent = \frac{used_files}{used_files + available_files} \times 100\%]

    借助 系统调用 ，采集某个文件系统使用量统计毫无难度。

    可问题是，如何获取所有已挂载的文件系统呢？——答案是 伪文件系统，内核将所有文件系统挂载点暴露在 /proc/mounts 文件中。

    这是一个简单的示例程序，依次展示每个文件系统使用量统计：

    fs_usage.py

    3. from tabulate import (
    4.     tabulate,
    5. )
    7. TABLE_HEADER = (
    8.     'mount_point',
    10.     'total_bytes',
    11.     'used_bytes',
    12.     'used_bytes_percent',
    14.     'total_files',
    15.     'used_files',
    16.     'used_files_percent',
    17. )
    19. def get_mount_points():
    20.     with open('/proc/mounts') as f:
    21.             line.strip().split()
    22.             for line in f
    23.         ]
    26. def get_fs_usage():
    27.     devices = set()
    28.     table_data = []
    29.     for device, mount_point, _, _, _, _ in get_mount_points():
    30.         # skip non-device
    31.         if not device.startswith('/dev'):
    32.             continue
    34.         if device in devices:
    35.             continue
    37.         devices.add(device)
    39.         # call statvfs to fetch file system statistics
    40.         statvfs = os.statvfs(mount_point)
    42.         f_frsize = statvfs.f_frsize
    44.         # calculate space
    45.         total_bytes = statvfs.f_blocks * f_frsize
    46.         free_bytes = statvfs.f_bfree * f_frsize
    47.         available_bytes = statvfs.f_bavail * f_frsize
    49.         used_bytes = total_bytes - free_bytes
    51.         # calculate files
    52.         total_files = statvfs.f_files
    53.         free_files = statvfs.f_ffree
    54.         available_files = statvfs.f_favail
    56.         used_files = total_files - free_files
    57.         used_files_percent = 100. * used_files / (used_files + available_files)
    59.         table_data.append((
    60.             mount_point,
    61.             total_bytes,
    62.             used_bytes,
    63.             used_bytes_percent,
    64.             total_files,
    65.             used_files,
    66.             used_files_percent,
    67.         ))
    69.     print(tabulate(table_data, TABLE_HEADER, floatfmt='6.2f'))
    70.     print()
    72. if __name__ == '__main__':
    73.     get_fs_usage()

    get_mount_points 函数读取 /proc/mounts 文件，从中切分出挂载点并返回。

    get_fs_usage 函数遍历每个文件系统挂载点，调用 获取并计算使用量统计：

    • 第 30 行，循环遍历每个文件系统挂载点；
    • 第 31 行，跳过一些非设备文件系统，如 procfs 伪文件系统；
    • 第 35-38 行配合，跳过重复挂载点；
    • 第 41 行，调用 statvfs 系统调用，获取文件系统统计值；
    • 第 46-59 行，根据上节相关公式计算所有指标；

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