嵌入式Linux：proc文件系統

proc 文件系統是一個(gè)虛擬文件系統，它以文件系統的形式為應用層提供訪(fǎng)問(wèn)系統內核數據的接口。用戶(hù)和應用程序可以通過(guò) proc 文件系統獲取系統信息和進(jìn)程相關(guān)信息，對 proc 文件系統的讀寫(xiě)相當于與內核進(jìn)行通信。然而，與普通文件不同，proc 文件系統是動(dòng)態(tài)創(chuàng )建的，文件本身并不存在于磁盤(pán)中，只存在于內存中。因此，它被稱(chēng)為虛擬文件系統，類(lèi)似于 devfs。

proc 文件系統特點(diǎn)如下：

• 動(dòng)態(tài)創(chuàng )建：proc 文件系統中的文件是動(dòng)態(tài)生成的，實(shí)時(shí)反映系統和進(jìn)程的狀態(tài)。

• 內核信息訪(fǎng)問(wèn)：最初，proc 文件系統是為了提供有關(guān)系統中進(jìn)程的信息，但由于其高效和便捷，很多內核信息也開(kāi)始通過(guò)它進(jìn)行報告或啟用動(dòng)態(tài)運行時(shí)配置。

• 可視化數據：內核將運行時(shí)的一些關(guān)鍵數據以文件的形式呈現在 proc 文件系統的特定文件中，使得應用層可以以可視化方式訪(fǎng)問(wèn)這些數據結構。

proc 文件系統通常掛載在系統的 /proc 目錄下。對于內核開(kāi)發(fā)者（如驅動(dòng)開(kāi)發(fā)工程師）來(lái)說(shuō)，proc 文件系統提供了一種調試內核的方法：通過(guò)查看 /proc/xxx 文件，可以獲取內核特定數據結構的值，對比添加新功能前后的數據變化，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，可以看到許多以數字命名的文件夾，例如 100038、2299、98560 等。這些數字對應的是各個(gè)進(jìn)程的 PID（進(jìn)程標識符）。每個(gè)進(jìn)程在內核中都有一個(gè)唯一的編號，即 PID，用來(lái)區分不同的進(jìn)程。這些以數字命名的文件夾中記錄了各個(gè)進(jìn)程的相關(guān)信息。不同的信息通過(guò)不同的虛擬文件呈現。

以下是對 /proc 目錄下各個(gè)文件和子目錄的詳細說(shuō)明：

進(jìn)程相關(guān)信息

• /proc/[pid]：每個(gè)正在運行的進(jìn)程都有一個(gè)對應的目錄，[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(dòng)該進(jìn)程的命令行參數。

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

• /proc/[pid]/fd/：包含指向進(jìn)程打開(kāi)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。

系統相關(guān)信息

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

• /proc/meminfo：關(guān)于系統內存的詳細信息，包括總內存、可用內存、緩存大小等。

• /proc/uptime：系統啟動(dòng)后的時(shí)間和空閑時(shí)間。

• /proc/version：內核版本信息，包括編譯者和編譯時(shí)間。

• /proc/loadavg：系統負載平均值，顯示最近 1、5、15 分鐘的系統平均負載。

• /proc/filesystems：內核支持的文件系統列表。

• /proc/sys/：內核參數的配置，通過(guò)該目錄可以調整和查看內核參數。

其他有用的虛擬文件

• /proc/cmdline：內核啟動(dòng)參數。

• /proc/iomem：IO 設備的內存使用情況。

• /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：系統物理內存映像，不可讀取，一般用于內核調試。

• /proc/loadavg：系統平均負載。

• /proc/meminfo：物理內存和交換分區使用情況。

• /proc/modules：當前加載的內核模塊列表。

• /proc/mounts：當前掛載的文件系統列表。

• /proc/partitions：系統識別的分區表。

• /proc/swaps：交換分區的利用情況。

• /proc/version：內核版本信息。

• /proc/uptime：系統運行時(shí)間。

1

使用 cat 命令讀取 /proc 文件系統

cat 命令是一個(gè)簡(jiǎn)單且常用的方式來(lái)讀取 /proc 目錄下的虛擬文件。

查看內核版本：

cat /proc/version

輸出類(lèi)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

查看系統負載：

cat /proc/loadavg

輸出類(lèi)似于：

0.00 0.01 0.05 1/103 1234

2

在應用程序中使用open()和read()函數讀取/proc文件系統

在編程中，可以使用標準的文件操作函數來(lái)讀取 /proc 文件系統中的內容。以下是一個(gè)簡(jiǎn)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(lèi)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(guò) cat 命令和編程接口，用戶(hù)和開(kāi)發(fā)者可以方便地訪(fǎng)問(wèn)和讀取 /proc 文件系統中的實(shí)時(shí)信息。這些信息對于系統監控、調試和優(yōu)化非常有用。