import Foundation
import IOKit
import IOKit.ps
import Darwin

/// Ein vollständiger Messwertsatz.
public struct MetricsSnapshot: Equatable, Sendable {
    public var cpu = CPUReading()
    public var gpu: Double?
    /// Wärmster Punkt der GPU in Grad Celsius.
    public var gpuTemperature: Double?
    public var memory = MemoryReading()
    public var battery: BatteryReading?
    public var sensors: [SensorReading] = []
    public var fans: [FanReading] = []
    public var power = PowerReading()
    public var topMemoryProcesses: [ProcessMemory] = []
    public var asOf = Date()
}

/// Wohin die Leistung geht.
///
/// Die Schlüssel sind gegen den Aktivitätsmonitor und gegen iStat Menus
/// abgeglichen: `PHPC` deckt sich mit deren CPU-Wert, `PSTR` mit der
/// Gesamtleistung.
public struct PowerReading: Equatable, Sendable {
    public var total: Double?
    public var cpu: Double?
    public var display: Double?
    public var adapter: Double?
    public var busVoltage: Double?
}

public struct CPUReading: Equatable, Sendable {
    /// Gesamtauslastung, 0 bis 1.
    public var total: Double = 0
    /// Auslastung je Kern, in der Reihenfolge des Systems.
    public var perCore: [Double] = []
    /// Leistungsaufnahme in Watt, falls messbar.
    public var watts: Double?
    /// Der wärmste Kern in Grad Celsius.
    ///
    /// Apple Silicon hat pro Kern einen Fühler — auf dem M5 Pro sind es
    /// über zwanzig. Der Höchstwert ist der aussagekräftige: gedrosselt wird
    /// nach dem heißesten Punkt, nicht nach dem Durchschnitt.
    public var temperature: Double?
}

public struct MemoryReading: Equatable, Sendable {
    public var used: UInt64 = 0
    public var total: UInt64 = 0
    public var compressed: UInt64 = 0
    public var swapUsed: UInt64 = 0
    public var swapTotal: UInt64 = 0
    /// Von Programmen belegt (aktiv + inaktiv).
    public var app: UInt64 = 0
    /// Vom Kernel festgehalten, nicht auslagerbar.
    public var wired: UInt64 = 0
    public var free: UInt64 = 0
    public var pressure: MemoryPressure = .normal

    public var usedFraction: Double {
        total > 0 ? Double(used) / Double(total) : 0
    }
}

public struct BatteryReading: Equatable, Sendable {
    public var charge: Double = 0          // 0 bis 1
    public var isCharging = false
    public var isPluggedIn = false
    public var cycleCount: Int?
    public var health: Double?             // 0 bis 1
    public var watts: Double?              // negativ = Entladung
    public var timeRemaining: TimeInterval?
    /// Energiesparmodus. Erklärt, warum die Maschine langsamer wirkt — und
    /// gehört deshalb sichtbar dorthin, wo man nach dem Grund sucht.
    public var isLowPower = false
    /// Temperatur der Zelle, falls der SMC sie hergibt.
    public var celsius: Double?
}

/// Ein Programm mit seinem Speicherverbrauch.
public struct ProcessMemory: Equatable, Sendable, Identifiable {
    public let pid: pid_t
    public let name: String
    public let bytes: UInt64
    public var id: pid_t { pid }
}

public struct SensorReading: Equatable, Sendable, Identifiable {
    public let key: String
    public let name: String
    public let celsius: Double
    public var id: String { key }
}

public struct FanReading: Equatable, Sendable, Identifiable {
    public let index: Int
    public let name: String
    public let rpm: Double
    public let minimum: Double
    public let maximum: Double
    public var id: Int { index }

    /// Anteil zwischen Minimum und Maximum, 0 bis 1.
    public var fraction: Double {
        guard maximum > minimum else { return 0 }
        return min(max((rpm - minimum) / (maximum - minimum), 0), 1)
    }
}

/// Liest die Hardwarewerte des Systems.
///
/// Bewusst kein Singleton mit Timer: das Abtasten steuert `MetricsModel`, weil
/// nur dort bekannt ist, wie viele Konsumenten es gerade gibt und wie schnell
/// sie es brauchen.
public final class SystemMetrics: @unchecked Sendable {

    private let smc = SMCReader()
    private var previousCPUTicks: [CPUTicks] = []

    /// Welche Kern- und GPU-Fühler dieses Modell hat. `Tp*` sind die
    /// CPU-Kerne, `Tg*` die GPU-Cluster — die Konvention gilt für die ganze
    /// M-Serie.
    ///
    /// Die Suche läuft im Hintergrund: sie geht alle 3486 Keys durch und
    /// braucht dafür knapp eine Sekunde. Auf dem Hauptthread wäre das eine
    /// spürbare Startverzögerung für etwas, das nach dem ersten Messwert
    /// niemandem auffällt.
    private var temperatureKeys: (cpu: [String], gpu: [String]) = ([], [])
    private let keysLock = NSLock()

    /// Zwischenspeicher für die Temperaturen.
    ///
    /// Fünfzig Fühler zu lesen kostet gut 15 ms. Bei 1 Hz wären das anderthalb
    /// Prozent CPU für Werte, die sich in einer Sekunde kaum bewegen — deshalb
    /// höchstens alle zwei Sekunden, unabhängig von der Abtastrate ringsum.
    private var cachedTemperatures: (cpu: Double?, gpu: Double?) = (nil, nil)
    private var temperaturesReadAt = Date.distantPast
    private static let temperatureInterval: TimeInterval = 2

    /// Seit dem Start unveränderlich — einmal ermitteln reicht.
    private static let pageSize: UInt64 = {
        var size: UInt64 = 0
        var length = MemoryLayout<UInt64>.size
        guard sysctlbyname("hw.pagesize", &size, &length, nil, 0) == 0, size > 0 else {
            return 16384   // Apple Silicon
        }
        return size
    }()

    public init() {
        // Nicht im Initialisierer blockieren: der läuft beim App-Start.
        // `DispatchQueue` statt `Task.detached`: die Suche ist blockierende
        // IOKit-Arbeit ohne Suspendierungspunkt, sie gehört nicht in den
        // Nebenläufigkeitspool von Swift — und `NSLock` ist aus einem
        // asynchronen Kontext ohnehin nicht erlaubt.
        DispatchQueue.global(qos: .utility).async { [weak self] in
            guard let self, let smc else { return }
            let cpu = smc.keys(matching: ["Tp"])
            let gpu = smc.keys(matching: ["Tg"])
            keysLock.lock()
            temperatureKeys = (cpu, gpu)
            keysLock.unlock()
        }
    }

    public func sample() -> MetricsSnapshot {
        var snapshot = MetricsSnapshot()
        snapshot.cpu = readCPU()
        snapshot.gpu = readGPU()
        snapshot.memory = readMemory()
        snapshot.battery = readBattery()
        snapshot.sensors = readSensors()
        snapshot.fans = readFans()
        snapshot.topMemoryProcesses = readTopMemoryProcesses()
        snapshot.power = readPower()
        snapshot.cpu.watts = snapshot.power.cpu ?? snapshot.power.total
        let temperatures = readTemperatures()
        snapshot.cpu.temperature = temperatures.cpu
        snapshot.gpuTemperature = temperatures.gpu
        return snapshot
    }

    // MARK: - CPU

    private func readCPU() -> CPUReading {
        var count: natural_t = 0
        var info: processor_info_array_t?
        var infoCount: mach_msg_type_number_t = 0

        guard host_processor_info(mach_host_self(), PROCESSOR_CPU_LOAD_INFO,
                                  &count, &info, &infoCount) == KERN_SUCCESS,
              let info else { return CPUReading() }

        defer {
            vm_deallocate(mach_task_self_, vm_address_t(bitPattern: info),
                          vm_size_t(infoCount) * vm_size_t(MemoryLayout<integer_t>.stride))
        }

        var current: [CPUTicks] = []
        current.reserveCapacity(Int(count))
        for core in 0..<Int(count) {
            let base = core * Int(CPU_STATE_MAX)
            current.append(CPUTicks(
                user: UInt32(bitPattern: info[base + Int(CPU_STATE_USER)]),
                system: UInt32(bitPattern: info[base + Int(CPU_STATE_SYSTEM)]),
                idle: UInt32(bitPattern: info[base + Int(CPU_STATE_IDLE)]),
                nice: UInt32(bitPattern: info[base + Int(CPU_STATE_NICE)])))
        }

        // Die erste Abtastung hat keinen Vorgänger und kann deshalb keine
        // Auslastung ergeben. Null zu zeigen ist ehrlicher als der Anteil seit
        // dem Systemstart, den man sonst bekäme — der liegt immer bei ein paar
        // Prozent und sieht aus wie ein Messwert.
        defer { previousCPUTicks = current }
        guard previousCPUTicks.count == current.count else { return CPUReading() }

        let perCore = zip(previousCPUTicks, current).map(CPUTicks.usage(from:to:))
        return CPUReading(total: perCore.isEmpty ? 0 : perCore.reduce(0, +) / Double(perCore.count),
                          perCore: perCore,
                          watts: nil)
    }

    // MARK: - GPU

    private func readGPU() -> Double? {
        var iterator: io_iterator_t = 0
        guard IOServiceGetMatchingServices(kIOMainPortDefault,
                                           IOServiceMatching("IOAccelerator"),
                                           &iterator) == kIOReturnSuccess else { return nil }
        defer { IOObjectRelease(iterator) }

        while case let entry = IOIteratorNext(iterator), entry != 0 {
            defer { IOObjectRelease(entry) }

            var unmanaged: Unmanaged<CFMutableDictionary>?
            guard IORegistryEntryCreateCFProperties(entry, &unmanaged, kCFAllocatorDefault, 0)
                    == kIOReturnSuccess,
                  let properties = unmanaged?.takeRetainedValue() as? [String: Any],
                  let statistics = properties["PerformanceStatistics"] as? [String: Any]
            else { continue }

            // Der Schlüssel heißt je nach Gerät unterschiedlich; auf Apple
            // Silicon ist es „Device Utilization %".
            for name in ["Device Utilization %", "GPU Activity(%)", "Renderer Utilization %"] {
                if let value = statistics[name] as? Int { return Double(value) / 100 }
            }
        }
        return nil
    }

    // MARK: - Arbeitsspeicher

    private func readMemory() -> MemoryReading {
        var statistics = vm_statistics64_data_t()
        var count = mach_msg_type_number_t(MemoryLayout<vm_statistics64_data_t>.size
                                           / MemoryLayout<integer_t>.size)
        let result = withUnsafeMutablePointer(to: &statistics) {
            $0.withMemoryRebound(to: integer_t.self, capacity: Int(count)) {
                host_statistics64(mach_host_self(), HOST_VM_INFO64, $0, &count)
            }
        }
        guard result == KERN_SUCCESS else { return MemoryReading() }

        // `vm_kernel_page_size` ist eine globale Variable und damit unter
        // strenger Nebenläufigkeitsprüfung tabu. Der Wert steht seit dem Start
        // fest, also einmal über sysctl holen.
        let pageSize = Self.pageSize
        let total = ProcessInfo.processInfo.physicalMemory
        let compressed = UInt64(statistics.compressor_page_count) * pageSize

        // „Benutzt" wie im Aktivitätsmonitor: aktiv, verdrahtet und komprimiert.
        // Der Dateicache (`external_page_count`) zählt nicht mit — er wird bei
        // Bedarf freigegeben, und ihn mitzuzählen ließe jeden Mac dauernd voll
        // aussehen.
        let used = UInt64(statistics.active_count) * pageSize
                 + UInt64(statistics.wire_count) * pageSize
                 + compressed

        var swap = xsw_usage()
        var swapSize = MemoryLayout<xsw_usage>.size
        sysctlbyname("vm.swapusage", &swap, &swapSize, nil, 0)

        let app = UInt64(statistics.active_count + statistics.inactive_count) * pageSize
        let wired = UInt64(statistics.wire_count) * pageSize
        let freeBytes = UInt64(statistics.free_count) * pageSize

        let free = total > 0 ? 1 - Double(used) / Double(total) : 0
        return MemoryReading(used: used, total: total, compressed: compressed,
                             swapUsed: swap.xsu_used, swapTotal: swap.xsu_total,
                             app: app, wired: wired, free: freeBytes,
                             pressure: MemoryPressure.classify(
                                free: free,
                                compressed: total > 0 ? Double(compressed) / Double(total) : 0,
                                swapUsed: swap.xsu_used))
    }

    // MARK: - Akku

    private func readBattery() -> BatteryReading? {
        guard let blob = IOPSCopyPowerSourcesInfo()?.takeRetainedValue(),
              let sources = IOPSCopyPowerSourcesList(blob)?.takeRetainedValue() as? [CFTypeRef],
              let source = sources.first,
              let description = IOPSGetPowerSourceDescription(blob, source)?
                .takeUnretainedValue() as? [String: Any] else { return nil }

        var reading = BatteryReading()
        if let current = description[kIOPSCurrentCapacityKey] as? Int,
           let maximum = description[kIOPSMaxCapacityKey] as? Int, maximum > 0 {
            reading.charge = Double(current) / Double(maximum)
        }
        reading.isCharging = description[kIOPSIsChargingKey] as? Bool ?? false
        reading.isPluggedIn = (description[kIOPSPowerSourceStateKey] as? String)
            == kIOPSACPowerValue

        if let seconds = description[kIOPSTimeToEmptyKey] as? Int, seconds > 0 {
            reading.timeRemaining = TimeInterval(seconds * 60)
        }
        if let seconds = description[kIOPSTimeToFullChargeKey] as? Int, seconds > 0 {
            reading.timeRemaining = TimeInterval(seconds * 60)
        }

        // Zyklen und Gesundheit stehen nicht in der Power-Source-Beschreibung,
        // sondern in der Batterie selbst.
        let service = IOServiceGetMatchingService(kIOMainPortDefault,
                                                  IOServiceMatching("AppleSmartBattery"))
        if service != 0 {
            defer { IOObjectRelease(service) }
            var unmanaged: Unmanaged<CFMutableDictionary>?
            if IORegistryEntryCreateCFProperties(service, &unmanaged, kCFAllocatorDefault, 0)
                == kIOReturnSuccess,
               let properties = unmanaged?.takeRetainedValue() as? [String: Any] {
                reading.cycleCount = properties["CycleCount"] as? Int
                if let maximum = properties["MaxCapacity"] as? Int, maximum > 0 {
                    reading.health = Double(maximum) / 100
                }
            }
        }

        // Leistung aus dem SMC: positiv beim Laden, negativ beim Entladen.
        reading.isLowPower = ProcessInfo.processInfo.isLowPowerModeEnabled
        // TB0T ist die Akkutemperatur; nicht jede Maschine führt sie.
        reading.celsius = smc?.float("TB0T").map { Double($0) }
        if let watts = smc?.float("PPBR") {
            reading.watts = reading.isCharging ? watts : -watts
        }
        return reading
    }

    /// Bei zwei Lüftern sind es links und rechts — so beschriftet Apple sie
    /// selbst. Bei einer anderen Anzahl bleibt die Nummer, weil die Anordnung
    /// dann nicht bekannt ist.
    private static func fanName(index: Int, of count: Int) -> String {
        guard count == 2 else { return "Lüfter \(index + 1)" }
        return index == 0 ? "Lüfter links" : "Lüfter rechts"
    }

    // MARK: - Leistung

    private func readPower() -> PowerReading {
        guard let smc else { return PowerReading() }
        return PowerReading(total: smc.float("PSTR"),
                            cpu: smc.float("PHPC"),
                            display: smc.float("PDBR"),
                            adapter: smc.float("PDTR"),
                            busVoltage: smc.float("VP0R"))
    }

    // MARK: - Speicher je Programm

    /// Die größten Speicherverbraucher.
    ///
    /// `phys_footprint` ist derselbe Wert, den der Aktivitätsmonitor unter
    /// „Speicher" zeigt — nicht der virtuelle Adressraum, der bei modernen
    /// Programmen sinnlos groß ist. Fremde Nutzer bleiben außen vor: dafür
    /// bräuchte es root, und für einen Blick aufs eigene System reicht das hier.
    private func readTopMemoryProcesses(limit: Int = 5) -> [ProcessMemory] {
        var pids = [pid_t](repeating: 0, count: 4096)
        let size = proc_listpids(UInt32(PROC_ALL_PIDS), 0, &pids,
                                 Int32(pids.count * MemoryLayout<pid_t>.size))
        guard size > 0 else { return [] }

        let count = Int(size) / MemoryLayout<pid_t>.size
        var results: [ProcessMemory] = []

        for pid in pids.prefix(count) where pid > 0 {
            var usage = rusage_info_v4()
            let result = withUnsafeMutablePointer(to: &usage) {
                $0.withMemoryRebound(to: rusage_info_t?.self, capacity: 1) {
                    proc_pid_rusage(pid, RUSAGE_INFO_V4, $0)
                }
            }
            guard result == 0, usage.ri_phys_footprint > 64 * 1024 * 1024 else { continue }

            var nameBuffer = [CChar](repeating: 0, count: Int(MAXPATHLEN))
            proc_name(pid, &nameBuffer, UInt32(nameBuffer.count))
            let name = String(cString: nameBuffer)
            guard !name.isEmpty else { continue }

            results.append(ProcessMemory(pid: pid, name: name, bytes: usage.ri_phys_footprint))
        }
        return Array(results.sorted { $0.bytes > $1.bytes }.prefix(limit))
    }

    // MARK: - Sensoren und Lüfter

    /// Die Temperaturfühler, die auf `Mac17,9` tatsächlich existieren.
    ///
    /// Bewusst eine kurze Liste statt aller 3486 SMC-Keys: die meisten sind
    /// unbenannt, und eine Wand aus Kürzeln ist keine Information. Was fehlt,
    /// fällt beim Lesen einfach weg.
    private static let temperatureKeys: [(String, String)] = [
        ("TB0T", "Akku"),
        ("Ts0P", "Handballenauflage"),
        ("Ts1P", "Gehäuse hinten"),
        ("TW0P", "WLAN"),
        ("TH0x", "SSD"),
        ("TCMb", "Luftstrom"),
        ("TDeL", "Thunderbolt links"),
        ("TDeR", "Thunderbolt rechts"),
    ]

    private func readTemperatures() -> (cpu: Double?, gpu: Double?) {
        guard Date().timeIntervalSince(temperaturesReadAt) >= Self.temperatureInterval else {
            return cachedTemperatures
        }
        keysLock.lock()
        let keys = temperatureKeys
        keysLock.unlock()

        // Solange die Suche im Hintergrund läuft, bleiben die Werte leer — die
        // Oberfläche zeigt dann „—" statt einer erfundenen Zahl.
        guard !keys.cpu.isEmpty || !keys.gpu.isEmpty else { return (nil, nil) }

        cachedTemperatures = (hottest(of: keys.cpu), hottest(of: keys.gpu))
        temperaturesReadAt = Date()
        return cachedTemperatures
    }

    /// Der höchste plausible Messwert einer Fühlergruppe.
    ///
    /// Die Plausibilitätsgrenze ist nötig: einzelne Fühler liefern gelegentlich
    /// 0 oder Werte jenseits von 200 °C, und ein einziger Ausreißer würde die
    /// Anzeige übernehmen, weil hier das Maximum gebildet wird.
    private func hottest(of keys: [String]) -> Double? {
        guard let smc, !keys.isEmpty else { return nil }
        return keys.compactMap { key -> Double? in
            guard let value = smc.float(key), value > 5, value < 150 else { return nil }
            return value
        }.max()
    }

    private func readSensors() -> [SensorReading] {
        guard let smc else { return [] }
        let named = Self.temperatureKeys.compactMap { key, name -> SensorReading? in
            guard let celsius = smc.float(key), celsius > 0, celsius < 150 else { return nil }
            return SensorReading(key: key, name: name, celsius: celsius)
        }
        // CPU und GPU nach vorn: das sind die Werte, wegen derer man hinschaut.
        let temperatures = readTemperatures()
        var result: [SensorReading] = []
        if let cpu = temperatures.cpu {
            result.append(SensorReading(key: "cpu", name: "CPU-Kerne", celsius: cpu))
        }
        if let gpu = temperatures.gpu {
            result.append(SensorReading(key: "gpu", name: "Grafik", celsius: gpu))
        }
        return result + named
    }

    private func readFans() -> [FanReading] {
        guard let smc, let count = smc.integer("FNum"), count > 0 else { return [] }
        return (0..<Int(count)).compactMap { index in
            guard let rpm = smc.float("F\(index)Ac") else { return nil }
            return FanReading(index: index,
                              name: Self.fanName(index: index, of: Int(count)),
                              rpm: rpm,
                              minimum: smc.float("F\(index)Mn") ?? 0,
                              maximum: smc.float("F\(index)Mx") ?? 0)
        }
    }
}