Linux proc虚拟文件系统

简介
proc常用节点
pid节点
核心数据结构
procfs接口
参考

简介

测试环境：Linux dev-PC 5.18.17-amd64-desktop-hwe #20.01.00.10 SMP PREEMPT_DYNAMIC Thu Jun 15 16:17:50 CST 2023 x86_64 GNU/Linux

proc虚拟文件系统是linux内核提供的一种让用户和内核内部数据结构进行交互的机制。
/proc下每个文件都绑定到一个内核函数上，当文件被读的时候就会即时产生文件内容。
proc文件系统并不是真正意义上的文件系统，它存在于内存中，并不占用磁盘空间。它包含一些结构化的目录和虚拟文件，向用户呈现内核中的一些信息，也可以作为一种从用户空间向内核发送信息的手段。许多shell命令如ps、top等都是从proc文件系统中读取信息。
在测试环境中，proc文件系统挂载信息如下

proc on /proc type proc (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime)

proc下面的内容：

$ ls /proc
1     1150  1272  1801  25    2708  2855  3257  3489  41    5242  6236  7594  87   acpi           fb           loadavg       slabinfo
10    1151  13    1895  2507  2710  2871  3293  3492  42    5247  6454  76    88   asound         filesystems  locks         softirqs
100   116   14    19    2508  2726  2874  3295  3493  43    5258  6504  7615  89   buddyinfo      fs           mdstat        stat
101   1160  1408  2     2511  275   2898  33    3524  44    5261  6560  7642  9    bus            interrupts   meminfo       swaps
1016  1184  1428  20    2512  276   2904  3331  353   45    5262  6625  7692  90   cgroups        iomem        misc          sys
102   12    1471  2080  2515  2794  3     3346  3534  46    5277  7     77    91   cmdline        ioports      modules       sysrq-trigger
103   1203  1476  21    2581  2796  30    3390  3540  48    53    7035  78    92   consoles       irq          mounts        sysvipc
107   1209  15    22    26    2798  31    3397  3547  49    54    7053  79    93   cpuinfo        kallsyms     mtrr          thread-self
108   1213  1516  229   2632  28    3104  34    36    5     55    72    80    94   crypto         kcore        net           timer_list
11    1218  1595  2395  2673  2803  3125  340   37    50    558   73    81    95   devices        keys         pagetypeinfo  tty
110   122   16    24    2674  2810  32    3419  38    5099  56    74    82    96   diskstats      key-users    partitions    uptime
111   1222  1601  2460  2687  2821  3233  3476  386   51    57    7475  83    97   dma            kmsg         pressure      version
1124  1227  169   2461  2696  2833  3244  3478  39    516   59    7478  84    978  driver         kpagecgroup  schedstat     vmallocinfo
1132  1229  170   2477  2697  2847  3249  3484  4     517   60    7484  85    98   dynamic_debug  kpagecount   scsi          vmstat
1143  123   18    2488  27    2854  3253  3485  40    52    61    75    86    99   execdomains    kpageflags   self          zoneinfo

proc常用节点

cpuinfo：CPU信息
meminfo：内存信息
mounts：加载的文件系统
filesystems：支持的文件系统
modules：已加载的模块
cmdline：系统启动的内核命令行参数
<pid>：提供pid进程的信息
interrupts：中断使用情况
kmsg：内核日志信息
devices：可用的设备
slabinfo：slab系统统计信息
uptime：系统正常运行时间

pid节点

sudo ls /proc/5261 -lh
总用量 0
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 arch_status
dr-xr-xr-x  2 dev  dev  0 2月   9 11:57 attr
-r--------  1 root root 0 2月   9 11:57 auxv
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 cgroup
--w-------  1 root root 0 2月   9 11:57 clear_refs
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:39 cmdline
-rw-r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 comm
-rw-r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 coredump_filter
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 cpu_resctrl_groups
lrwxrwxrwx  1 root root 0 2月   9 11:57 cwd -> /
-r--------  1 root root 0 2月   9 11:57 environ
lrwxrwxrwx  1 root root 0 2月   9 11:38 exe -> /usr/sbin/sshd
dr-x------  2 root root 0 2月   9 11:57 fd
dr-xr-xr-x  2 dev  dev  0 2月   9 11:57 fdinfo
-rw-r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 gid_map
-r--------  1 root root 0 2月   9 11:57 io
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 limits
-rw-r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 loginuid
dr-x------  2 root root 0 2月   9 11:57 map_files
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 maps
-rw-------  1 root root 0 2月   9 11:57 mem
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 mountinfo
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 mounts
-r--------  1 root root 0 2月   9 11:57 mountstats
dr-xr-xr-x 60 dev  dev  0 2月   9 11:57 net
dr-x--x--x  2 root root 0 2月   9 11:57 ns
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 numa_maps
-rw-r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 oom_adj
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 oom_score
-rw-r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 oom_score_adj
-r--------  1 root root 0 2月   9 11:57 pagemap
-r--------  1 root root 0 2月   9 11:57 patch_state
-r--------  1 root root 0 2月   9 11:57 personality
-rw-r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 projid_map
lrwxrwxrwx  1 root root 0 2月   9 11:57 root -> /
-rw-r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 sched
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 schedstat
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 sessionid
-rw-r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 setgroups
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 smaps
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 smaps_rollup
-r--------  1 root root 0 2月   9 11:57 stack
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:40 stat
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 statm
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:39 status
-r--------  1 root root 0 2月   9 11:57 syscall
dr-xr-xr-x  3 dev  dev  0 2月   9 11:57 task
-rw-r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 timens_offsets
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 timers
-rw-rw-rw-  1 root root 0 2月   9 11:57 timerslack_ns
-rw-r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 uid_map
-r--r--r--  1 root root 0 2月   9 11:57 wchan

常用信息：

attr：安全相关属性
cgroups：进程所属控制组
cmdline：进程命令行参数
environ：进程环境变量
fd：一个包含所有进程打开的文件描述符目录
mem：进程内存被使用情况
stat：进程状态
status：进程当前状态
cwd：进程当前工作目录的链接
exe：指向该进程的执行命令文件
maps：内存映射信息
statm：进程内存使用信息
root：链接次进程的root目录
oom_adj、oom_score、oom_score_adj：用于OOM killer

核心数据结构

// fs/proc/internal.h
struct proc_dir_entry {
	/*
	 * number of callers into module in progress;
	 * negative -> it's going away RSN
	 */
	atomic_t in_use;
	refcount_t refcnt;
	struct list_head pde_openers;	/* who did ->open, but not ->release */
	/* protects ->pde_openers and all struct pde_opener instances */
	spinlock_t pde_unload_lock;
	struct completion *pde_unload_completion;
	const struct inode_operations *proc_iops;
	union {
		const struct proc_ops *proc_ops;
		const struct file_operations *proc_dir_ops;
	};
	const struct dentry_operations *proc_dops;
	union {
		const struct seq_operations *seq_ops;
		int (*single_show)(struct seq_file *, void *);
	};
	proc_write_t write;
	void *data;
	unsigned int state_size;
	unsigned int low_ino;
	nlink_t nlink;
	kuid_t uid;
	kgid_t gid;
	loff_t size;
	struct proc_dir_entry *parent;
	struct rb_root subdir;
	struct rb_node subdir_node;
	char *name;
	umode_t mode;
	u8 flags;
	u8 namelen;
	char inline_name[];
} __randomize_layout;

procfs接口

procfs文件系统提供了一些API供内核中其他模块使用，这些接口或定义在头文件中或通过EXPORT_SYMBOL直接导出，代码位置在fs/proc文件夹下。

创建proc虚拟文件

参考:fs/proc/generic.c

struct proc_dir_entry *_proc_mkdir(const char *name, umode_t mode,
		struct proc_dir_entry *parent, void *data, bool force_lookup);
struct proc_dir_entry *proc_create_reg(const char *name, umode_t mode,
		struct proc_dir_entry **parent, void *data);

删除proc虚拟文件

参考:fs/proc/generic.c

void remove_proc_entry(const char *name, struct proc_dir_entry *parent);

读写proc虚拟文件

proc文件系统的读写通过用户实现的读写回调函数来实现。
参考include/linux/proc_fs.h

ssize_t	(*proc_read)(struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
ssize_t	(*proc_write)(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);

例子

下面看下内核中misc驱动是如何使用procfs接口在proc文件系统下面创建和管理自己的节点的。
misc驱动代码位置在drivers/char/misc.c
直接看其的初始化入口：

static int __init misc_init(void)
{
	int err;
	struct proc_dir_entry *ret;

	ret = proc_create_seq("misc", 0, NULL, &misc_seq_ops);
	err = class_register(&misc_class);
	if (err)
		goto fail_remove;

	err = -EIO;
	if (register_chrdev(MISC_MAJOR, "misc", &misc_fops))
		goto fail_printk;
	return 0;

fail_printk:
	pr_err("unable to get major %d for misc devices\n", MISC_MAJOR);
	class_unregister(&misc_class);
fail_remove:
	if (ret)
		remove_proc_entry("misc", NULL);
	return err;
}

一开始其就使用了proc_create_seq创建了一个名为misc的节点。

#define proc_create_seq(name, mode, parent, ops) \
	proc_create_seq_private(name, mode, parent, ops, 0, NULL)

struct proc_dir_entry *proc_create_seq_private(const char *name, umode_t mode,
		struct proc_dir_entry *parent, const struct seq_operations *ops,
		unsigned int state_size, void *data)
{
	struct proc_dir_entry *p;

	p = proc_create_reg(name, mode, &parent, data);
	if (!p)
		return NULL;
	p->proc_ops = &proc_seq_ops;
	p->seq_ops = ops;
	p->state_size = state_size;
	return proc_register(parent, p);
}
EXPORT_SYMBOL(proc_create_seq_private);

其中misc_seq_ops是该文件节点的操作函数集，目前统一为seq_file机制：

static const struct seq_operations misc_seq_ops = {
	.start = misc_seq_start,
	.next  = misc_seq_next,
	.stop  = misc_seq_stop,
	.show  = misc_seq_show,
};

seq_file

关于seq_file机制，可以参考相关文档：The seq_file Interface、内核 seq_file 操作函数、linux内核seq_file接口

使用seq_file接口创建/proc文件，适用于/proc方法输出数据数量变大时的场合。seq_file接口通过提供简单的一套函数来实现大内核虚拟文件。为使用seq_file，必须创建一个简单的iterator对象，它能在序列里建立一个位置，向前进，并且输出序列里的一个项。iterator对象指的是一种迭代器模式，提供一种方法访问容器对象中各个元素，而又不需要暴露对象的内部细节。

// include/linux/seq_file.h
struct seq_file {
	char *buf;
	size_t size;
	size_t from;
	size_t count;
	size_t pad_until;
	loff_t index;
	loff_t read_pos;
	struct mutex lock;
	const struct seq_operations *op;
	int poll_event;
	const struct file *file;
	void *private;
};

struct seq_operations {
	void * (*start) (struct seq_file *m, loff_t *pos);
	void (*stop) (struct seq_file *m, void *v);
	void * (*next) (struct seq_file *m, void *v, loff_t *pos);
	int (*show) (struct seq_file *m, void *v);
};

下面是读取misc节点：

$ cat /proc/misc 
119 simple_virtualchardev
232 kvm
130 watchdog
235 autofs
234 btrfs-control
120 cpu_dma_latency
227 mcelog
121 vndbinder
122 hwbinder
123 binder
124 ashmem
236 device-mapper
223 uinput
  1 psaux
196 vfio
200 tun
125 udmabuf
237 loop-control
228 hpet
229 fuse
126 ecryptfs
231 snapshot
183 hw_random
127 vga_arbiter
242 rfkill

参考

The /proc Filesystem
THE /proc FILESYSTEM
The seq_file Interface
内核 seq_file 操作函数
 linux内核seq_file接口

posted @ 2025-02-09 15:26 main_c 阅读(9) 评论(0) 收藏举报来源

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