システムモニター

1. アプリ概要

CPU・メモリ・ディスク・ネットワーク使用状況をリアルタイムでグラフ表示するアプリ。psutilの活用を学びます。

このアプリは中級カテゴリに分類される実践的なGUIアプリです。使用ライブラリは tkinter（標準ライブラリ）・psutil・matplotlib で、難易度は ★★☆ です。

このアプリは「ユーティリティ」カテゴリです。小回りの効くユーティリティは Python の真骨頂で、汎用的なユーザー操作を組み合わせる発想が他のアプリにもそのまま流用できます。tkinter（標準ライブラリ）・psutil・matplotlib を活かして実装するこの構造は、他のアプリにも応用が効きます。

動かしながら読むことが理解の最短経路です。まずはコードをコピーして実行し、想定どおりに動くことを確認したうえで解説と照らし合わせてください。

カスタマイズでは「機能追加」「UI 改善」「エラー耐性」の三方向で考えると視野が広がります。練習問題にもそれぞれの方向の具体例を用意しています。

2. 機能一覧

• ttk.Treeview による表形式の一覧表示
• messagebox.showwarning() によるダイアログ通知
• ウィンドウはタイトル「システムモニター」・サイズ 900x640 で起動

3. 事前準備・環境

Windows 11（実機）で起動と基本操作を確認しています（全機能の網羅テストではありません）。Linux Mint 22.3（仮想マシン）では起動と画面表示を確認しました。macOS は必要なライブラリ（pip install）を入れれば動作する想定ですが、未検証です。

• Python 3.10 以上
• OS: Windows 11（実機で起動・基本操作を確認）・Linux Mint 22.3（仮想マシンで起動・画面表示を確認）

インストールが必要なライブラリ

pip install matplotlib

4. 完全なソースコード

import tkinter as tk
from tkinter import ttk, messagebox
import threading
import time

try:
    import psutil
    import matplotlib
    matplotlib.use("TkAgg")
    from matplotlib.figure import Figure
    from matplotlib.backends.backend_tkagg import FigureCanvasTkAgg
    from matplotlib import font_manager
    LIBS_AVAILABLE = True
except ImportError:
    LIBS_AVAILABLE = False

if LIBS_AVAILABLE:
    # グラフ内の日本語が豆腐（□）にならないよう、入っている和文フォントを1つ選ぶ
    _installed = {f.name for f in font_manager.fontManager.ttflist}
    for _name in ("Meiryo", "Yu Gothic", "Noto Sans CJK JP", "Noto Sans JP",
                  "Hiragino Sans", "IPAexGothic", "MS Gothic", "DejaVu Sans"):
        if _name in _installed:
            matplotlib.rcParams["font.family"] = _name
            break
    matplotlib.rcParams["axes.unicode_minus"] = False


class App12:
    """システムモニター"""

    HISTORY_LEN = 60  # 秒数

    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title("システムモニター")
        self.root.geometry("900x640")
        self.root.configure(bg="#0d1117")
        self.running = True
        self.cpu_history = [0.0] * self.HISTORY_LEN
        self.mem_history = [0.0] * self.HISTORY_LEN
        self.net_sent_prev = 0
        self.net_recv_prev = 0
        self.net_sent_history = [0.0] * self.HISTORY_LEN
        self.net_recv_history = [0.0] * self.HISTORY_LEN
        self._build_ui()

        if not LIBS_AVAILABLE:
            messagebox.showwarning(
                "ライブラリ未インストール",
                "psutil と matplotlib が必要です。\n"
                "pip install psutil matplotlib でインストールしてください。")
        else:
            self._start_monitor()

        self.root.protocol("WM_DELETE_WINDOW", self._on_close)

    def _build_ui(self):
        header = tk.Frame(self.root, bg="#161b22", pady=8)
        header.pack(fill=tk.X)
        tk.Label(header, text="📊 システムモニター",
                 font=("Noto Sans JP", 14, "bold"),
                 bg="#161b22", fg="#58a6ff").pack(side=tk.LEFT, padx=12)
        self.interval_var = tk.IntVar(value=1)
        tk.Label(header, text="更新間隔(秒):",
                 bg="#161b22", fg="#8b949e").pack(side=tk.RIGHT, padx=4)
        ttk.Spinbox(header, from_=1, to=10, textvariable=self.interval_var,
                    width=4).pack(side=tk.RIGHT, padx=8)

        # サマリーカード
        summary = tk.Frame(self.root, bg="#0d1117")
        summary.pack(fill=tk.X, padx=8, pady=4)
        self.summary_labels = {}
        for key, icon, color in [
            ("CPU", "🖥️", "#58a6ff"),
            ("メモリ", "💾", "#3fb950"),
            ("ディスク", "💿", "#f0883e"),
            ("ネット↑", "📤", "#bc8cff"),
            ("ネット↓", "📥", "#58d6ff"),
            ("温度", "🌡️", "#ff7b72"),
        ]:
            card = tk.Frame(summary, bg="#161b22", padx=10, pady=6,
                            relief=tk.FLAT)
            card.pack(side=tk.LEFT, fill=tk.X, expand=True, padx=3)
            tk.Label(card, text=f"{icon} {key}", bg="#161b22",
                     fg="#8b949e", font=("Arial", 9)).pack()
            lbl = tk.Label(card, text="--", bg="#161b22",
                           fg=color, font=("Arial", 14, "bold"))
            lbl.pack()
            self.summary_labels[key] = lbl

        # グラフエリア
        if LIBS_AVAILABLE:
            self.fig = Figure(figsize=(10, 5), dpi=88,
                              facecolor="#0d1117")
            gs = self.fig.add_gridspec(2, 2, hspace=0.4, wspace=0.3)
            self.ax_cpu = self.fig.add_subplot(gs[0, 0])
            self.ax_mem = self.fig.add_subplot(gs[0, 1])
            self.ax_net = self.fig.add_subplot(gs[1, 0])
            self.ax_disk = self.fig.add_subplot(gs[1, 1])
            for ax in [self.ax_cpu, self.ax_mem, self.ax_net, self.ax_disk]:
                ax.set_facecolor("#161b22")
                ax.tick_params(colors="#8b949e", labelsize=7)
                for spine in ax.spines.values():
                    spine.set_color("#30363d")
            chart_frame = tk.Frame(self.root, bg="#0d1117")
            chart_frame.pack(fill=tk.BOTH, expand=True, padx=8)
            self.chart_canvas = FigureCanvasTkAgg(self.fig, master=chart_frame)
            self.chart_canvas.get_tk_widget().pack(fill=tk.BOTH, expand=True)

        # プロセスリスト
        proc_frame = ttk.LabelFrame(self.root, text="プロセス (CPU使用率順)",
                                     padding=4)
        proc_frame.pack(fill=tk.X, padx=8, pady=4)
        cols = ("pid", "name", "cpu", "mem", "status")
        self.proc_tree = ttk.Treeview(proc_frame, columns=cols,
                                       show="headings", height=5)
        for c, h, w in [("pid", "PID", 60), ("name", "プロセス名", 200),
                         ("cpu", "CPU%", 70), ("mem", "メモリ", 90),
                         ("status", "状態", 70)]:
            self.proc_tree.heading(c, text=h)
            self.proc_tree.column(c, width=w, minwidth=40)
        sb = ttk.Scrollbar(proc_frame, command=self.proc_tree.yview)
        self.proc_tree.configure(yscrollcommand=sb.set)
        sb.pack(side=tk.RIGHT, fill=tk.Y)
        self.proc_tree.pack(fill=tk.X)

        self.status_var = tk.StringVar(value="")
        tk.Label(self.root, textvariable=self.status_var,
                 bg="#161b22", fg="#8b949e", font=("Arial", 9),
                 anchor="w", padx=8).pack(fill=tk.X, side=tk.BOTTOM)

    def _start_monitor(self):
        # 初期ネット値
        net = psutil.net_io_counters()
        self.net_sent_prev = net.bytes_sent
        self.net_recv_prev = net.bytes_recv
        threading.Thread(target=self._monitor_loop, daemon=True).start()

    def _monitor_loop(self):
        while self.running:
            try:
                self.root.after(0, self._update)
            except Exception:
                break
            time.sleep(self.interval_var.get())

    def _update(self):
        if not self.running or not LIBS_AVAILABLE:
            return
        # CPU
        cpu = psutil.cpu_percent()
        self.cpu_history = self.cpu_history[1:] + [cpu]
        self.summary_labels["CPU"].config(text=f"{cpu:.1f}%")

        # メモリ
        mem = psutil.virtual_memory()
        mem_pct = mem.percent
        self.mem_history = self.mem_history[1:] + [mem_pct]
        used = mem.used / 1024**3
        total = mem.total / 1024**3
        self.summary_labels["メモリ"].config(
            text=f"{mem_pct:.1f}%\n{used:.1f}/{total:.1f}GB")

        # ディスク
        disk = psutil.disk_usage("/")
        disk_pct = disk.percent
        self.summary_labels["ディスク"].config(
            text=f"{disk_pct:.1f}%\n{disk.used/1024**3:.1f}/{disk.total/1024**3:.1f}GB")

        # ネット
        net = psutil.net_io_counters()
        sent_speed = (net.bytes_sent - self.net_sent_prev) / 1024
        recv_speed = (net.bytes_recv - self.net_recv_prev) / 1024
        self.net_sent_prev = net.bytes_sent
        self.net_recv_prev = net.bytes_recv
        self.net_sent_history = self.net_sent_history[1:] + [sent_speed]
        self.net_recv_history = self.net_recv_history[1:] + [recv_speed]
        self.summary_labels["ネット↑"].config(text=f"{sent_speed:.0f} KB/s")
        self.summary_labels["ネット↓"].config(text=f"{recv_speed:.0f} KB/s")

        # 温度
        try:
            temps = psutil.sensors_temperatures()
            if temps:
                t = list(temps.values())[0][0].current
                self.summary_labels["温度"].config(text=f"{t:.0f}°C")
            else:
                self.summary_labels["温度"].config(text="N/A")
        except Exception:
            self.summary_labels["温度"].config(text="N/A")

        # グラフ更新
        xs = list(range(self.HISTORY_LEN))
        for ax, data, title, color, ylim in [
            (self.ax_cpu, self.cpu_history, "CPU使用率 (%)", "#58a6ff", (0, 100)),
            (self.ax_mem, self.mem_history, "メモリ使用率 (%)", "#3fb950", (0, 100)),
        ]:
            ax.clear()
            ax.set_facecolor("#161b22")
            ax.fill_between(xs, data, alpha=0.4, color=color)
            ax.plot(xs, data, color=color, linewidth=1)
            ax.set_title(title, color="#8b949e", fontsize=8)
            ax.set_ylim(*ylim)
            ax.tick_params(colors="#8b949e", labelsize=7)
            for spine in ax.spines.values():
                spine.set_color("#30363d")

        self.ax_net.clear()
        self.ax_net.set_facecolor("#161b22")
        self.ax_net.fill_between(xs, self.net_sent_history,
                                  alpha=0.4, color="#bc8cff", label="送信")
        self.ax_net.fill_between(xs, self.net_recv_history,
                                  alpha=0.4, color="#58d6ff", label="受信")
        self.ax_net.set_title("ネット (KB/s)", color="#8b949e", fontsize=8)
        self.ax_net.legend(fontsize=7, facecolor="#161b22",
                           labelcolor="#ccc")
        self.ax_net.tick_params(colors="#8b949e", labelsize=7)
        for spine in self.ax_net.spines.values():
            spine.set_color("#30363d")

        # ディスクIO
        try:
            dio = psutil.disk_io_counters()
            self.ax_disk.set_title(
                f"ディスク  R:{dio.read_bytes/1024**3:.1f}GB "
                f"W:{dio.write_bytes/1024**3:.1f}GB",
                color="#8b949e", fontsize=8)
        except Exception:
            pass
        self.ax_disk.set_facecolor("#161b22")
        for spine in self.ax_disk.spines.values():
            spine.set_color("#30363d")

        self.chart_canvas.draw()

        # プロセス
        self.proc_tree.delete(*self.proc_tree.get_children())
        procs = []
        for p in psutil.process_iter(["pid", "name", "cpu_percent",
                                       "memory_info", "status"]):
            try:
                procs.append(p.info)
            except Exception:
                pass
        procs.sort(key=lambda x: x.get("cpu_percent", 0) or 0, reverse=True)
        for p in procs[:20]:
            mem_mb = (p.get("memory_info").rss / 1024**2
                      if p.get("memory_info") else 0)
            self.proc_tree.insert("", "end", values=(
                p.get("pid", ""),
                p.get("name", "")[:30],
                f"{p.get('cpu_percent', 0):.1f}%",
                f"{mem_mb:.1f} MB",
                p.get("status", "")
            ))

        import datetime
        self.status_var.set(
            f"更新: {datetime.datetime.now().strftime('%H:%M:%S')}  "
            f"CPU: {cpu:.1f}%  メモリ: {mem_pct:.1f}%")

    def _on_close(self):
        self.running = False
        self.root.destroy()


if __name__ == "__main__":
    root = tk.Tk()
    app = App12(root)
    root.mainloop()

5. コード解説

システムモニターのコードを、実際に書かれている実装に沿って解説します。

6. ステップバイステップガイド

このアプリをゼロから自分で作る手順を解説します。コードをコピーするだけでなく、実際に手順を追って自分で書いてみましょう。

1. 1
   ファイルを作成する

   新しいファイルを作成して app12.py と保存します。外部ライブラリ matplotlib・psutil を使います。先に pip install matplotlib psutil を実行してください。

2. 2
   クラスの骨格を作る

   App12 クラスを定義し、__init__ と、末尾の root = tk.Tk() ～ mainloop() の最小構成を書いて、まず空のウィンドウが出ることを確認します。

3. 3
   ウィンドウを設定する

   title("システムモニター")・geometry("900x640")・configure(bg="#0d1117") をコンストラクタで設定します。

4. 4
   画面部品を並べる

   _build_ui() の中で、tk.Frame×3（ほかにループでも生成）・tk.Label×3（ほかにループでも生成）・ttk.Spinbox・ttk.LabelFrame・ttk.Treeview・ttk.Scrollbar を作って配置します（掲載コードと同じ並び順で書くとレイアウトが一致します）。まず表示だけ確認しましょう。

5. 5
   中心になるメソッドを実装する

   アプリの本体である _update()（114行）・_monitor_loop()（7行）・_start_monitor()（6行） を実装します。

6. 6
   動作確認する

   python app12.py で起動し、一通りの操作が動くことを確認します。

7. カスタマイズアイデア

基本機能を習得したら、以下のカスタマイズに挑戦してみましょう。少しずつ機能を追加することで、Pythonのスキルが飛躍的に向上します。

8. よくある問題と解決法

9. 練習問題

アプリの理解を深めるための練習問題です。気になるものから挑戦してみてください（課題3は全アプリ共通の定型課題です）。psutil で取れる値は OS によって差があり、温度カードが N/A のままになる環境もあります。

1. 課題1：右下のディスクグラフに読み書きの推移を描く

   右下のグラフはタイトルに累計の GB を出すだけで、線が1本も描かれていません。ネットワークと同じ差分方式で、1回あたりの読み書き量を折れ線にしてください。

   期待結果：大きなファイルをコピーしている間だけ、右下のグラフの線が跳ね上がる。

   合格条件

   • 起動して最初の1回に、累計を足した極端な山が出ない
   • 履歴の長さが HISTORY_LEN（60）を超えず、ほかのグラフと同じ幅で描かれる
   • ディスクの値が取れない環境でも、これまでどおり画面が動き続ける

   ヒント①（どこを触るか）: 手本は _update() の「# ネット」の処理です。self.net_sent_prev にあたる変数と履歴のリストを __init__() に足し、初期値は _start_monitor() の先頭で読み込みます。描画は self.ax_net のブロックと同じ形を self.ax_disk に書けば済むはずです。
   ヒント②（使うもの）: 差分は (dio.read_bytes - 直前の値) / 1024**2 のように MB へ直します。履歴の更新は self.cpu_history と同じ 履歴[1:] + [速度] の形が手本です。この形なら長さは HISTORY_LEN のまま変わりません。
   つまずきやすい点: ディスクの処理は try と except Exception: pass で囲まれています。取れなかった回に履歴を足さないでいると、xs と長さが合わずに fill_between() でエラーになります。失敗した回は 0 を足す、と決めておくと安全です。

2. 課題2：更新間隔に数字以外を入れても監視が止まらないようにする

   上部の「更新間隔(秒)」は直接入力もできる欄です。ここに数字以外を打つと self.interval_var.get() が例外を出し、監視スレッドがそこで終わります。数字が更新されなくなり、下のステータスの時刻も止まります。

   期待結果：更新間隔の欄に abc と打っても、サマリーの数字とステータスの時刻が更新され続ける。

   合格条件

   • 欄を空にしても更新が止まらない
   • 数字に戻すと、その秒数の間隔で更新される
   • 0 を入れても CPU を使い切らない

   ヒント①（どこを触るか）: 触るのは _monitor_loop() の1か所です。self.root.after(0, self._update) は try の中にありますが、次の行の time.sleep(self.interval_var.get()) は外に出ています。監視スレッドは _start_monitor() で一度しか起動しないため、抜けたら二度と戻りません。
   ヒント②（使うもの）: tkinter は先頭で tk として読み込み済みなので、except tk.TclError: で受け止められます。取れなかったときは既定の1秒を使う、と決めておくのが簡単です。
   つまずきやすい点: 空欄も数字ではないため、同じ例外になります。一方 0 は例外にならず time.sleep(0) になり、ループが休まず回って CPU 使用率が上がります。max(1, 値) のように下限も決めてください。

3. 課題3：保存機能の追加

   入力値や計算結果をファイルに保存する機能を追加しましょう。jsonやcsvモジュールを使います。