Мониторинг дисков в Rust: вызов statvfs без unsafe

Зачем читать эту статью

Если вы пишете системный монитор или любой инструмент, которому нужно знать, сколько места осталось на диске, вы столкнётесь с проблемой: в /proc нет файла с этой информацией. В этой статье я покажу, как правильно получить заполненность через системный вызов statvfs, избегая типичных ошибок. Вы узнаете, почему df и btop показывают разные цифры, и как читать статистику I/O из /sys.

Почему /proc не содержит данных о заполненности

В Linux почти вся информация о системе доступна через виртуальные файлы в /proc и /sys. Но заполненность файловой системы — исключение. Она вычисляется ядром на лету из метаданных конкретной файловой системы. Единственный способ получить это число — системный вызов statvfs(2).

Популярная утилита df — это просто обёртка над этим вызовом. Запускать внешний процесс, чтобы получить число, которое ядро может отдать напрямую, — нерационально. Поэтому в моём проекте ratatop я решил сделать вызов самостоятельно.

Первый unsafe-блок: вызов statvfs

Стандартная библиотека Rust не содержит обёртки над statvfs, поэтому придётся использовать FFI через крейт libc. Это означает работу с unsafe. Вот как выглядит функция получения общего и свободного места:

use std::ffi::CString;

fn usage(mount: &str) -> Option<(u64, u64)> {
    let path = CString::new(mount).ok()?;
    // SAFETY: path — валидная NUL-терминированная строка, живёт дольше вызова.
    // vfs полностью инициализируется statvfs перед чтением.
    // Ошибка возвращается через код возврата, который мы проверяем.
    let vfs = unsafe {
        let mut vfs: libc::statvfs = std::mem::zeroed();
        if libc::statvfs(path.as_ptr(), &mut vfs) != 0 {
            return None;
        }
        vfs
    };
    let frsize = vfs.f_frsize as u64;
    let total = (vfs.f_blocks as u64).saturating_mul(frsize);
    let free = (vfs.f_bavail as u64).saturating_mul(frsize);
    Some((total, free.min(total)))
}

Здесь три важных момента:

• CString::new обязателен: C ожидает NUL-терминированную строку, а Rust-строка таковой не является. Без этого вы рискуете прочитать память за пределами строки.
• std::mem::zeroed() безопасен, потому что statvfs инициализирует все поля перед возвратом успеха. Но даже при частичной записи мы получим нули, а не мусор со стека.
• Комментарий SAFETY — это не украшение. В Rust каждая unsafe-операция должна сопровождаться объяснением, почему она безопасна. Это заставляет перечислить все допущения и проверить их.

Ваш диск врёт вам на 5%

statvfs возвращает три счётчика блоков:

• f_blocks — всего блоков;
• f_bfree — свободно блоков (включая резерв для root);
• f_bavail — доступно непривилегированному процессу.

Разница между f_bfree и f_bavail может быть значительной. На моей системе с ext4:

total   91.1 GiB
bfree   23.7 GiB
bavail  19.0 GiB

Это 4.67 GiB, или 5.1% диска, которые свободны, но недоступны обычному пользователю. ext4 резервирует 5% для root, чтобы система могла работать даже при заполненном диске.

Какой счётчик использовать? btop и df используют f_bavail — это честный выбор для монитора: показывать реально доступное место. Иначе пользователь увидит 74%, а df — 79%, и решит, что инструмент сломан.

Какие точки монтирования реально диски?

/proc/self/mounts может содержать десятки записей, но лишь немногие — реальные диски. Вместо ручного блэклиста типов ФС, читайте /proc/filesystems:

$ cat /proc/filesystems
nodev   sysfs
nodev   tmpfs
nodev   proc
nodev   cgroup2
    ext4
    vfat

Всё, что помечено nodev, не связано с блочным устройством. Используйте это для фильтрации:

let mut types: Vec<String> = raw.lines()
    .filter_map(|line| line.strip_prefix("nodev"))
    .map(|name| name.trim().to_string())
    .collect();

Дополнительно проверяйте, что устройство монтирования начинается с '/': реальные разделы — это /dev/sda1, а псевдо-ФС имеют голые имена вроде proc.

Ядро экранирует пути монтирования

Если путь содержит пробел, /proc/self/mounts показывает его как \040 (восьмеричный код пробела). Если передать такую строку в statvfs, вызов завершится ошибкой. Поэтому перед использованием нужно декодировать escape-последовательности:

fn unescape_mount_path(s: &str) -> String {
    let mut out = String::new();
    let mut chars = s.chars();
    while let Some(c) = chars.next() {
        if c == '\\' {
            let mut octal = String::new();
            for _ in 0..3 {
                if let Some(d) = chars.next() { octal.push(d); }
            }
            if let Ok(code) = u32::from_str_radix(&octal, 8) {
                out.push(char::from_u32(code).unwrap_or('?'));
            }
        } else {
            out.push(c);
        }
    }
    out
}

I/O статистика из /sys

Пропускная способность читается из /sys/block/<device>/stat. Это счётчики накопленным итогом:

234345 84965 16346864 796898 486240 189824 21513416 23255863 0 2406558 24197776

Полезные поля: индекс 2 (секторы прочитано), 6 (секторы записано), 9 (io_ticks — миллисекунды, когда устройство было занято).

Две ловушки:

• Сектор всегда 512 байт, независимо от реального размера блока устройства. Умножать на 4096 — ошибка.
• Разделы вложены: для nvme0n1p2 путь будет /sys/block/nvme0n1/nvme0n1p2/stat.

io_ticks позволяет вычислить утилизацию:

let busy_ms = counters.io_ticks.saturating_sub(previous.io_ticks) as f64;
disk.io_util = (busy_ms / (seconds * 1000.0) * 100.0).clamp(0.0, 100.0);

saturating_sub обязателен: счётчики могут сбрасываться при переподключении устройства.

Swap — диск, который не диск

В btop swap отображается в блоке дисков, и это логично: вас интересует его заполненность. Но у swap нет файловой системы, поэтому statvfs не работает. Данные берутся из /proc/meminfo:

SwapTotal:      21092348 kB
SwapFree:       19857688 kB

В коде это отдельная структура с флагом is_swap, и для неё не рисуется график I/O, потому что этих данных просто нет. Важно отличать «ноль» от «неизвестно».

Вывод: что делать прямо сейчас

Попробуйте реализовать функцию usage() в своём проекте. Убедитесь, что вы используете f_bavail, а не f_bfree, иначе ваши цифры разойдутся с df. Добавьте фильтрацию nodev и декодирование путей. И не забывайте про saturating_sub при работе со счётчиками.

Мой код доступен на GitHub: ratatop. Загляните, если хотите увидеть полную реализацию.