在不到 30 分钟内构建一个树莓派监控仪表盘

使用 Python 制作一个 API 来监控你的树莓派硬件,并使用 Appsmith 建立一个仪表盘。

如果你想知道你的树莓派的性能如何,那么你可能需要一个树莓派的仪表盘。在本文中,我将演示如何快速构建一个按需监控仪表盘,以实时查看你的树莓派的 CPU 性能、内存和磁盘使用情况,并根据需要随时添加更多视图和操作。

如果你已经使用 Appsmith,你还可以直接导入 示例应用程序 并开始使用。

Appsmith

Appsmith 是一个开源的 低代码 应用构建工具,帮助开发人员轻松快速地构建内部应用,如仪表盘和管理面板。它是一个用于仪表盘的很好选择,并减少了传统编码方法所需的时间和复杂性。

在此示例的仪表盘中,我显示以下统计信息:

  • CPU
    • 占用百分比
    • 频率或时钟速度
    • 计数
    • 温度
  • 内存
    • 占用百分比
    • 可用内存百分比
    • 总内存
    • 空闲内存
  • 磁盘
    • 磁盘使用百分比
    • 绝对磁盘空间使用量
    • 可用磁盘空间
    • 总磁盘空间

创建一个端点

你需要一种从树莓派获取这些数据并传递给 Appsmith 的方法。psutil 是一个用于监控和分析的 Python 库,而 Flask-RESTful 是一个创建 REST API 的 Flask 扩展。

Appsmith 每隔几秒钟调用 REST API 以自动刷新数据,并以 JSON 对象作为响应,其中包含所有所需的统计信息,如下所示:

{ "cpu_count": 4,
"cpu_freq": [
600.0,
600.0,
1200.0 ],
"cpu_mem_avail": 463953920,
"cpu_mem_free": 115789824,
"cpu_mem_total": 971063296,
"cpu_mem_used": 436252672,
"cpu_percent": 1.8,
"disk_usage_free": 24678121472,
"disk_usage_percent": 17.7,
"disk_usage_total": 31307206656,
"disk_usage_used": 5292728320,
"sensor_temperatures": 52.616 }

1、设置 REST API

如果你的树莓派尚未安装 Python,请在树莓派上打开终端并运行此安装命令:

$ sudo apt install python3

现在为你的开发设置一个 Python 虚拟环境:

$ python -m venv PiData

接下来,激活该环境。你必须在重新启动树莓派后执行此操作。

$ source PiData/bin/activate
$ cd PiData

为了安装 Flask、Flask-RESTful 和以后需要的依赖项,请在你的 Python 虚拟环境中创建一个名为 requirements.txt 的文件,并将以下内容添加到其中:

flask
flask-restful
gunicorn

保存文件,然后使用 pip 一次性安装它们。你必须在重新启动树莓派后执行此操作。

(PyData)$ python -m pip install -r requirements.txt

接下来,创建一个名为 pi_stats.py 的文件来存放使用 psutil 检索树莓派系统统计信息的逻辑。将以下代码粘贴到 pi_stats.py 文件中:

from flask import Flask
from flask_restful import Resource, Api
import psutil
app = Flask(__name__)

api = Api(app)
class PiData(Resource):
    def get(self):
        return "RPI Stat dashboard"

api.add_resource(PiData, '/get-stats')

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

这段代码的作用如下:

  • 使用 app = Flask(name) 来定义嵌套 API 对象的应用程序。
  • 使用 Flask-RESTful 的 API 方法 来定义 API 对象。
  • 在 Flask-RESTful 中将 PiData 定义为具体的 Resource 类 ,以公开每个支持的 HTTP 方法。
  • 使用 api.add_resource(PiData, '/get-stats') 将资源 PiData 附加到 API 对象 api
  • 每当你访问 URL /get-stats 时,将返回 PiData 作为响应。

2、使用 psutil 读取统计信息

要从你的树莓派获取统计信息,你可以使用 psutil 提供的这些内置函数:

  • cpu_percentagecpu_countcpu_freqsensors_temperatures 函数分别用于获取 CPU 的占用百分比、计数、时钟速度和温度。sensors_temperatures 报告了与树莓派连接的所有设备的温度。要仅获取 CPU 的温度,请使用键 cpu-thermal
  • virtual_memory 函数可返回总内存、可用内存、已使用内存和空闲内存的统计信息(以字节为单位)。
  • disk_usage 函数可返回总磁盘空间、已使用空间和可用空间的统计信息(以字节为单位)。

将所有函数组合到一个 Python 字典中的示例如下:

system_info_data = {
'cpu_percent': psutil.cpu_percent(1),
'cpu_count': psutil.cpu_count(),
'cpu_freq': psutil.cpu_freq(),
'cpu_mem_total': memory.total,
'cpu_mem_avail': memory.available,
'cpu_mem_used': memory.used,
'cpu_mem_free': memory.free,
'disk_usage_total': disk.total,
'disk_usage_used': disk.used,
'disk_usage_free': disk.free,
'disk_usage_percent': disk.percent,
'sensor_temperatures': psutil.sensors_temperatures()['cpu-thermal'][0].current,
}

下一节将使用该字典。

3、从 Flask-RESTful API 获取数据

为了在 API 响应中看到来自树莓派的数据,请更新 pi_stats.py 文件,将字典 system_info_data 包含在 PiData 类中:

from flask import Flask
from flask_restful import Resource, Api
import psutil
app = Flask(__name__)
api = Api(app)

class PiData(Resource):
    def get(self):
        memory = psutil.virtual_memory()
        disk = psutil.disk_usage('/')
        system_info_data = {
            'cpu_percent': psutil.cpu_percent(1),
            'cpu_count': psutil.cpu_count(),
            'cpu_freq': psutil.cpu_freq(),
            'cpu_mem_total': memory.total,
            'cpu_mem_avail': memory.available,
            'cpu_mem_used': memory.used,
            'cpu_mem_free': memory.free,
            'disk_usage_total': disk.total,
            'disk_usage_used': disk.used,
            'disk_usage_free': disk.free,
            'disk_usage_percent': disk.percent,
            'sensor_temperatures': psutil.sensors_temperatures()['cpu-thermal'][0].current, }

    return system_info_data

api.add_resource(PiData, '/get-stats')

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

你的脚本已经就绪,下面运行 PiData.py

$ python PyData.py
 * Serving Flask app "PiData" (lazy loading)
 * Environment: production
 WARNING: This is a development server. Do not run this in a production environment.
 
 * Debug mode: on
 * Running on http://127.0.0.1:5000 (Press CTRL+C to quit)
 * Restarting with stat
 * Debugger is active!

你有了一个可以工作的 API。

4、将 API 提供给互联网

你可以在本地网络中与 API 进行交互。然而,要在互联网上访问它,你必须在防火墙中打开一个端口,并将传入的流量转发到由 Flask 提供的端口。然而,正如你的测试输出建议的那样,在 Flask 中运行 Flask 应用程序仅适用于开发,而不适用于生产。为了安全地将 API 提供给互联网,你可以使用安装过程中安装的 gunicorn 生产服务器。

现在,你可以启动 Flask API。每次重新启动树莓派时都需要执行此操作。

$ gunicorn -w 4 'PyData:app'
Serving on http://0.0.0.0:8000

要从外部世界访问你的树莓派,请在网络防火墙中打开一个端口,并将流量定向到你树莓派的 IP 地址,端口为 8000。

首先,获取树莓派的内部 IP 地址:

$ ip addr show | grep inet

内部 IP 地址通常以 10 或 192 或 172 开头。

接下来,你必须配置防火墙。通常,你从互联网服务提供商(ISP)获取的路由器中嵌入了防火墙。通常,你可以通过网络浏览器访问家用路由器。路由器的地址有时会打印在路由器的底部,它以 192.168 或 10 开头。不过,每个设备都不同,因此我无法告诉你需要点击哪些选项来调整设置。关于如何配置防火墙的完整描述,请阅读 Seth Kenlon 的文章 《打开端口并通过你的防火墙路由流量》。

或者,你可以使用 localtunnel 来使用动态端口转发服务。

一旦你的流量到达树莓派,你就可以查询你的 API:

$ curl https://example.com/get-stats
{
   "cpu_count": 4,
   "cpu_freq": [
      600.0,
      600.0,
      1200.0 ],
   "cpu_mem_avail": 386273280,
   ...

如果你已经执行到这一步,那么最困难的部分已经过去了。

5、重复步骤

如果你重新启动了树莓派,你必须按照以下步骤进行操作:

  • 使用 source 重新激活 Python 环境
  • 使用 pip 刷新应用程序的依赖项
  • 使用 gunicorn 启动 Flask 应用程序

你的防火墙设置是持久的,但如果你使用了 localtunnel,则必须在重新启动后启动新的隧道。

如果你愿意,可以自动化这些任务,但那是另一个教程的内容。本教程的最后一部分是在 Appsmith 上构建一个用户界面,使用拖放式小部件和一些 JavaScript,将你的树莓派数据绑定到用户界面。相信我,从现在开始很容易!

在 Appsmith 上构建仪表盘

硬件监控仪表盘

要制作一个像这样的仪表盘,你需要将公开的 API 端点连接到 Appsmith,使用 Appsmith 的小部件库构建用户界面,并将 API 的响应绑定到小部件上。如果你已经使用 Appsmith,你可以直接导入 示例应用程序 并开始使用。

如果你还没有,请 注册 一个免费的 Appsmith 帐户。或者,你可以选择 自托管 Appsmith。

将 API 作为 Appsmith 数据源连接

登录到你的 Appsmith 帐户。

  • 在左侧导航栏中找到并点击 “ 查询或 JS QUERIES/JS ” 旁边的 “+” 按钮。
  • 点击 “ 创建一个空白 API Create a blank API ”。
  • 在页面顶部,将你的项目命名为 “PiData”。
  • 获取你的 API 的 URL。如果你使用的是 localtunnel,则是一个 localtunnel.me 地址,总是在末尾添加 /get-stats 以获取统计数据。将其粘贴到页面的第一个空白字段中,然后点击 “RUN” 按钮。

确保在 “ 响应 Response ” 面板中看到成功的响应。

Appsmith 界面

构建用户界面

Appsmith 的界面非常直观,但如果你感到迷失,我建议你查看 在 Appsmith 上构建你的第一个应用程序 教程。

对于标题,将 “ 文本 Text ”、“ 图像 Image ” 和 “ 分隔线 Divider ” 小部件拖放到画布上。将它们排列如下:

设置项目标题

“ 文本 Text ” 小部件包含你页面的实际标题。键入比“Raspberry Pi Stats”更酷的内容。

“ 图像 Image ” 小部件用于展示仪表盘的独特标志。你可以使用你喜欢的任何标志。

使用 “ 开关 Switch ” 小部件来切换实时数据模式。在 “ 属性 Property ” 面板中进行配置,以从你构建的 API 获取数据。

对于主体部分,使用来自左侧的小部件库的以下小部件创建一个 CPU 统计信息区域,使用以下小部件:

  • 进度条 Progress Bar
  • 统计框 Stat Box
  • 图表 Chart

对于内存和磁盘统计信息部分,重复相同的步骤。磁盘统计信息部分不需要图表,但如果你能找到用途,那也可以使用它。

你的最终小部件布局应该类似于以下:

Appsmith 中的属性设置

最后一步是将 API 的数据绑定到你的小部件上。

将数据绑定到小部件上

返回到画布,并在三个类别的部分中找到你的小部件。首先设置 CPU 统计信息。

要将数据绑定到 “ 进度条 Progress Bar ” 小部件:

  • 单击 “ 进度条 Progress Bar ” 小部件,以打开右侧的 “ 属性 Property ” 面板。
  • 查找 “ 进度 Progress ” 属性。
  • 单击 “JS” 按钮以激活 JavaScript。
  • 在 “ 进度 Progress ” 字段中粘贴 {{PiData.data.cpu_percent ?? 0}}。此代码引用了你的 API 的数据流,名为 PiData。Appsmith 将响应数据缓存在 PiData.data 运算符内。键 cpu_percent 包含了 Appsmith 用来显示 CPU 利用率百分比的数据。
  • 在 “ 进度条 Progress Bar ” 小部件下方添加一个 “ 文本 Text ” 小部件作为标签。

在配置屏幕中绑定数据

在 CPU 部分有三个 “ 统计框 Stat Box ” 小部件。将数据绑定到每个小部件的步骤与绑定 “ 进度条 Progress Bar ” 小部件的步骤完全相同,只是你需要从 .data 运算符中绑定不同的数据属性。按照相同的步骤进行操作,但有以下例外:

  • 使用 {{${PiData.data.cpu_freq[0]} ?? 0 }} 来显示时钟速度。
  • 使用 {{${PiData.data.cpu_count} ?? 0 }} 来显示 CPU 计数。
  • 使用 {{${(PiData.data.sensor_temperatures).toPrecision(3)} ?? 0 }} 来显示 CPU 温度数据。

如果一切顺利,你将得到一个漂亮的仪表盘,如下所示:

树莓派的仪表盘

CPU 利用率趋势图

你可以使用 “ 图表 Chart ” 小部件将 CPU 利用率显示为趋势线,并使其随时间自动更新。

首先,单击小部件,在右侧找到 “ 图表类型 Chart Type ” 属性,并将其更改为 “ 折线图 LINE CHART ”。为了显示趋势线,需要将 cpu_percent 存储在数据点数组中。你的 API 目前将其作为单个时间数据点返回,因此可以使用 Appsmith 的 storeValue 函数(Appsmith 内置的 setItem 方法的一个原生实现)来获取一个数组。

在 “ 查询或 JS QUERIES/JS ” 旁边单击 “+” 按钮,并将其命名为 “utils”。

将以下 JavaScript 代码粘贴到 “ 代码 Code ” 字段中:

export default {
  getLiveData: () => {
  //When switch is on:
    if (Switch1.isSwitchedOn) {
      setInterval(() => {
        let utilData = appsmith.store.cpu_util_data;

        PiData.run()
          storeValue("cpu_util_data", [...utilData, {
            x: PiData.data.cpu_percent,
            y: PiData.data.cpu_percent
          }]);           
        }, 1500, 'timerId')
      } else {
    clearInterval('timerId');
  }
},
initialOnPageLoad: () => {
  storeValue("cpu_util_data", []);
  }
}

为了初始化 Store,你在 initialOnPageLoad 对象中创建了一个 JavaScript 函数,并将 storeValue 函数放在其中。

你使用 storeValue("cpu_util_data", []);cpu_util_data 中的值存储到 storeValue 函数中。此函数在页面加载时运行。

到目前为止,每次刷新页面时,代码都会将 cpu_util_data 中的一个数据点存储到 Store 中。为了存储一个数组,你使用了 xy 的下标变量,两者都存储了来自 cpu_percent 数据属性的值。

你还希望通过设定存储值之间的固定时间间隔来自动存储这些数据。当执行 setInterval 函数时:

  • 获取存储在 cpu_util_data 中的值。
  • 调用 API PiData
  • 使用返回的最新 cpu_percent 数据将 cpu_util_data 更新为 xy 变量。
  • cpu_util_data 的值存储在键 utilData 中。
  • 仅当设置为自动执行函数时,才重复执行步骤 1 到 4。你使用 Switch 小部件将其设置为自动执行,这就解释了为什么有一个 getLiveData 父函数。

在 “ 设置 Settings ” 选项卡中,找到对象中的所有父函数,并在 “ 页面加载时运行 RUN ON PAGE LOAD ” 选项中将 initialOnPageLoad 设置为 “Yes(是)”。

设置页面加载时要执行的函数

现在刷新页面进行确认。

返回到画布。单击 “ 图表 Chart ” 小部件,并找到 “ 图表数据 Chart Data ” 属性。将绑定 {{ appsmith.store.disk_util_data }} 粘贴到其中。这样,如果你自己多次运行对象 utils,就可以获得图表数据。要自动运行此操作:

  • 查找并单击仪表盘标题中的 “ 实时数据开关 Live Data Switch ” 小部件。
  • 查找 onChange 事件。
  • 将其绑定到 {{ utils.getLiveData() }}。JavaScript 对象是 utils,而 getLiveData 是在你切换开关时激活的函数,它会从你的树莓派获取实时数据。但是还有其他实时数据,因此同一开关也适用于它们。继续阅读以了解详情。

将数据绑定到内存和磁盘部分的小部件与你在 CPU 统计信息部分所做的方式类似。

对于内存部分,绑定如下所示:

  • 进度条中的绑定为:{{( PiData.data.cpu_mem_avail/1000000000).toPrecision(2) \* 100 ?? 0 }}
  • 三个统计框小部件的绑定分别为:{{ \${(PiData.data.cpu_mem_used/1000000000).toPrecision(2)} ?? 0 }} GB{{ \${(PiData.data.cpu_mem_free/1000000000).toPrecision(2)} ?? 0}} GB{{ \${(PiData.data.cpu_mem_total/1000000000).toPrecision(2)} ?? 0 }} GB

对于磁盘部分,进度条和统计框小部件的绑定分别变为:

  • 进度条的绑定为:{{ PiData.data.disk_usage_percent ?? 0 }}
  • 三个统计框小部件的绑定分别为:{{ \${(PiData.data.disk_usage_used/1000000000).toPrecision(2)} ?? 0 }} GB{{ \${(PiData.data.disk_usage_free/1000000000).toPrecision(2)} ?? 0 }} GB{{ \${(PiData.data.disk_usage_total/1000000000).toPrecision(2)} ?? 0 }} GB

这里的图表需要更新你为 CPU 统计信息创建的 utils 对象,使用 storeValue 键名为 disk_util_data,嵌套在 getLiveData 下面,其逻辑与 cpu_util_data 类似。对于磁盘利用率图表,我们存储的 disk_util_data 的逻辑与 CPU 利用率趋势图的逻辑相同。

export default {
  getLiveData: () => {
  //When switch is on:
    if (Switch1.isSwitchedOn) {
      setInterval(() => {
       const cpuUtilData = appsmith.store.cpu_util_data;
       const diskUtilData = appsmith.store.disk_util_data;                   
       
       PiData.run();
       
       storeValue("cpu_util_data", [...cpuUtilData, { x: PiData.data.cpu_percent,y: PiData.data.cpu_percent }]);
       storeValue("disk_util_data", [...diskUtilData, { x: PiData.data.disk_usage_percent,y: PiData.data.disk_usage_percent }]);
    }, 1500, 'timerId')
  } else {
    clearInterval('timerId');
  }
},
  initialOnPageLoad: () => {
    storeValue("cpu_util_data", []);
    storeValue("disk_util_data", []);
  }
}

通过使用 utils JavaScript 对象在打开和关闭真实数据开关时触发的数据流可视化如下所示:

切换

在打开实时数据开关时,图表会变成这样:

显示实时数据

整体上,它既漂亮,又简约,而且非常有用。

祝你使用愉快!

当你对 psutils、JavaScript 和 Appsmith 更加熟悉时,我相信你会发现可以轻松无限地调整你的仪表板,实现非常酷的功能,例如:

  • 查看先前一周、一个月、一个季度、一年或根据你的树莓派数据允许的任何自定义范围的趋势
  • 为任何统计数据的阈值违规构建报警机制
  • 监控连接到你的树莓派的其他设备
  • psutils 扩展到另一台安装有 Python 的计算机上
  • 使用其他库监控你家庭或办公室的网络
  • 监控你的花园
  • 跟踪你自己的生活习惯

在下一个令人兴奋的项目中,祝你玩得愉快!

(题图:MJ/9754eb1f-1722-4897-9c35-3f20c285c332)


via: https://opensource.com/article/23/3/build-raspberry-pi-dashboard-appsmith

作者:Keyur Paralkar 选题:lkxed 译者:ChatGPT 校对:wxy

本文由 LCTT 原创编译,Linux中国 荣誉推出