在不到 30 分钟内构建一个树莓派监控仪表盘

2024.05.24

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_percentage、cpu_count、cpu_freq 和 sensors_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 的 .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", []); 将 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 x 和 y 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 x 和 y 变量。
将 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 和 {{ \${(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 和 {{ \${(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：

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
将 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