嵌入式Linux：proc文件系統(tǒng)

proc 文件系統(tǒng)是一個虛擬文件系統(tǒng)，它以文件系統(tǒng)的形式為應(yīng)用層提供訪問系統(tǒng)內(nèi)核數(shù)據(jù)的接口。用戶和應(yīng)用程序可以通過 proc 文件系統(tǒng)獲取系統(tǒng)信息和進(jìn)程相關(guān)信息，對 proc 文件系統(tǒng)的讀寫相當(dāng)于與內(nèi)核進(jìn)行通信。然而，與普通文件不同，proc 文件系統(tǒng)是動態(tài)創(chuàng)建的，文件本身并不存在于磁盤中，只存在于內(nèi)存中。因此，它被稱為虛擬文件系統(tǒng)，類似于 devfs。

proc 文件系統(tǒng)特點如下：

• 動態(tài)創(chuàng)建：proc 文件系統(tǒng)中的文件是動態(tài)生成的，實時反映系統(tǒng)和進(jìn)程的狀態(tài)。

• 內(nèi)核信息訪問：最初，proc 文件系統(tǒng)是為了提供有關(guān)系統(tǒng)中進(jìn)程的信息，但由于其高效和便捷，很多內(nèi)核信息也開始通過它進(jìn)行報告或啟用動態(tài)運行時配置。

• 可視化數(shù)據(jù)：內(nèi)核將運行時的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)以文件的形式呈現(xiàn)在 proc 文件系統(tǒng)的特定文件中，使得應(yīng)用層可以以可視化方式訪問這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

proc 文件系統(tǒng)通常掛載在系統(tǒng)的 /proc 目錄下。對于內(nèi)核開發(fā)者（如驅(qū)動開發(fā)工程師）來說，proc 文件系統(tǒng)提供了一種調(diào)試內(nèi)核的方法：通過查看 /proc/xxx 文件，可以獲取內(nèi)核特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的值，對比添加新功能前后的數(shù)據(jù)變化，從而判斷該功能的影響是否合理。

在 /proc 目錄下包含了一些重要的目錄和虛擬文件如下所示：

在 /proc 目錄下，可以看到許多以數(shù)字命名的文件夾，例如 100038、2299、98560 等。這些數(shù)字對應(yīng)的是各個進(jìn)程的 PID（進(jìn)程標(biāo)識符）。每個進(jìn)程在內(nèi)核中都有一個唯一的編號，即 PID，用來區(qū)分不同的進(jìn)程。這些以數(shù)字命名的文件夾中記錄了各個進(jìn)程的相關(guān)信息。不同的信息通過不同的虛擬文件呈現(xiàn)。

以下是對 /proc 目錄下各個文件和子目錄的詳細(xì)說明：

進(jìn)程相關(guān)信息

• /proc/[pid]：每個正在運行的進(jìn)程都有一個對應(yīng)的目錄，[pid] 是進(jìn)程的 ID，包含了關(guān)于該進(jìn)程的各種信息。

• /proc/[pid]/cmdline：啟動該進(jìn)程的命令行參數(shù)。

• /proc/[pid]/cwd：指向進(jìn)程當(dāng)前的工作目錄的符號鏈接。

• /proc/[pid]/environ：進(jìn)程的環(huán)境變量。

• /proc/[pid]/exe：指向進(jìn)程的可執(zhí)行文件的符號鏈接。

• /proc/[pid]/fd/：包含指向進(jìn)程打開的文件描述符的符號鏈接。

• /proc/[pid]/stat：進(jìn)程的狀態(tài)信息，包含進(jìn)程的詳細(xì)狀態(tài)。

• /proc/[pid]/status：進(jìn)程的狀態(tài)信息，以更易讀的格式顯示。

系統(tǒng)相關(guān)信息

• /proc/cpuinfo：關(guān)于 CPU 的詳細(xì)信息，包括每個 CPU 的型號、頻率、緩存大小等。

• /proc/meminfo：關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)存的詳細(xì)信息，包括總內(nèi)存、可用內(nèi)存、緩存大小等。

• /proc/uptime：系統(tǒng)啟動后的時間和空閑時間。

• /proc/version：內(nèi)核版本信息，包括編譯者和編譯時間。

• /proc/loadavg：系統(tǒng)負(fù)載平均值，顯示最近 1、5、15 分鐘的系統(tǒng)平均負(fù)載。

• /proc/filesystems：內(nèi)核支持的文件系統(tǒng)列表。

• /proc/sys/：內(nèi)核參數(shù)的配置，通過該目錄可以調(diào)整和查看內(nèi)核參數(shù)。

其他有用的虛擬文件

• /proc/cmdline：內(nèi)核啟動參數(shù)。

• /proc/iomem：IO 設(shè)備的內(nèi)存使用情況。

• /proc/interrupts：顯示被占用的中斷號和占用者相關(guān)的信息。

• /proc/ioports：IO 端口的使用情況。

• /proc/kcore：系統(tǒng)物理內(nèi)存映像，不可讀取，一般用于內(nèi)核調(diào)試。

• /proc/loadavg：系統(tǒng)平均負(fù)載。

• /proc/meminfo：物理內(nèi)存和交換分區(qū)使用情況。

• /proc/modules：當(dāng)前加載的內(nèi)核模塊列表。

• /proc/mounts：當(dāng)前掛載的文件系統(tǒng)列表。

• /proc/partitions：系統(tǒng)識別的分區(qū)表。

• /proc/swaps：交換分區(qū)的利用情況。

• /proc/version：內(nèi)核版本信息。

• /proc/uptime：系統(tǒng)運行時間。

1

使用 cat 命令讀取 /proc 文件系統(tǒng)

cat 命令是一個簡單且常用的方式來讀取 /proc 目錄下的虛擬文件。

查看內(nèi)核版本：

cat /proc/version

輸出類似于：

Linux version 5.4.0-42-generic (buildd@lgw01-amd64-040) (gcc version 9.3.0 (Ubuntu 9.3.0-10ubuntu2)) #46-Ubuntu SMP Fri Jul 10 00:24:02 UTC 2020

查看系統(tǒng)負(fù)載：

cat /proc/loadavg

輸出類似于：

0.00 0.01 0.05 1/103 1234

2

在應(yīng)用程序中使用open()和read()函數(shù)讀取/proc文件系統(tǒng)

在編程中，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的文件操作函數(shù)來讀取 /proc 文件系統(tǒng)中的內(nèi)容。以下是一個簡單的 C 程序示例：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h> #define BUFFER_SIZE 1024 void read_proc_file(const char *filepath) {    int fd = open(filepath, O_RDONLY);    if (fd == -1) {        perror("open");        exit(EXIT_FAILURE);    }     char buffer[BUFFER_SIZE];    ssize_t bytesRead;    while ((bytesRead = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1)) > 0) {        buffer[bytesRead] = '';        printf("%s", buffer);    }     if (bytesRead == -1) {        perror("read");        close(fd);        exit(EXIT_FAILURE);    }     close(fd);} int main() {    read_proc_file("/proc/version");    return 0;}

輸出類似于：

Linux version 5.4.0-42-generic (buildd@lgw01-amd64-040) (gcc version 9.3.0 (Ubuntu 9.3.0-10ubuntu2)) #46-Ubuntu SMP Fri Jul 10 00:24:02 UTC 2020

通過 cat 命令和編程接口，用戶和開發(fā)者可以方便地訪問和讀取 /proc 文件系統(tǒng)中的實時信息。這些信息對于系統(tǒng)監(jiān)控、調(diào)試和優(yōu)化非常有用。