proc文件系统分析(一)

proc文件系统，是一个处于内存中的文件系统，它用于显示当前进程的状态信息，如：进程处于的状态，文件打开描述符，ps程序就是基于此设计出来的。另外，它还可以用于显示当前系统运行的状态如CPU信息，内存信息，中断信息，网络流量等等。通过它可以配置当前系统所运行的一些参数，一般来说，一个文件只有一个数值，这些值的含义可能如下(Linux 2.6.24版)：

1.限制缓存的大小

2.开启或关闭某些功能

3.某些内核参数

但是在/proc/sysfs/文件夹下面的文件却不是由proc接口来实现，它采用的是sysctl机制，procfs支持两种类型的API供内核模块使用：

1.标准的procfs API:只要处理的数据量很小时就可以使用，很小的数据量通常限制在一页大小(i386中为4096个字节)

2.seq_file API:seq_file用于处理读请求，它可以支持多于一页大小的读请求，提供了链表来进行遍历，将所有的元素发送至用户空间。

数据结构定义

proc中的每个文件定义如下：

struct proc_dir_entry{

//与普通文件系统类似

unsigned int low_ino;//索引号

unsigned short namelen;//文件名长度

const char* name;//具体文件名

mode_t mode;//权限及文件类型

nlink_t nlink;//来自子文件夹以及符号链接的数量

uid_t uid;//用户id

gid_t gid;//组id,这两个域值一般置为0,代表为root用户所有

loff_t size;//文件大小，由于proc都是动态产生，长度很难知道,一般为0

const struct inode_operations *proc_iops;//暴露给vfs的操作接口

const struct file_operations *proc_fops;

//subdir指向第一个子文件夹

struct proc_dir_entry *next,*parent,*subdir;//文件的组织情况

void *data;

//向内核进行读写的函数指针,需要用户实现

//原型:typedef int (read_proc_t)(char*page,char**start,off_t off,int count,int eof,void* data)

read_proc_t *read_proc;

//原型:typedef int (write_proc_t)(struct file*file,const char __user *buffer,,off_t off,unsigned long //count,void* data)

write_proc_t *write_proc;

atomic_t count;//该文件被内核模块使用的计数

int pde_users;

spinlock_t pde_unload_lock;

struct completion *pde_unload_completion;

struct list_head pde_openers;

}

上面的__user表明该字段来自用户空间，需要通过copy_from_user进行复制,而read,write中的data参数则来自proc_dir_entry中的data域，说明proc中注册的read/write可以被多个proc entry进行调用。

proc的索引节点结构体既要连接到VFS文件下，又要保持属于自己proc的数据，所以索引节点的定义就包含了下面两个部分。

proc的索引节点定义如下:

struct proc_inode{

struct pid *pid;//与进程文件夹相关联的进程

int fd;//进程中的/proc//fd文件的文件描述符

union proc_op op;//用于访问文件的函数指针

struct proc_dir_entry *pde;//与文件表项相关的proc_dir_entry

struct inode vfs_inode;

}

union proc_op{

int (*proc_get_link)(struct inode*,struct dentry**,struct vfsmount* *);

int (*proc_read)(struct task_struct *task,char*page);

}

proc初始化

在proc文件系统使用之前，需要进行挂载，在挂载期间，内核需要创建，初始化许多类型的文件夹(网络，设备等等)，由于与内核，体系结构相关，初始化就存在一些#ifdef的编译选项，它也是通过模块来进行安装进入内核中，代码如下：

fs/proc/root.c

void __init proc_root_init(void)

{

//创建一个proc_inode对象的slab缓存，以加快创建，销毁proc内存节点速度

int err = proc_init_inodecache();

if(err)

return;

//将文件系统注册

err = register_filesystem(&proc_fs_type);

if(err) return;

//注册文件系统之后，就进行挂载,它返回一个vfsmount的实例，保持在全局变量proc_mnt中

//kern_mount_data实际调用函数do_kern_mount

proc_mnt = kern_mount_data(&proc_fs_type,&init_pid_ns);

err = PTR_ERR(proc_mt);

if(IS_ERR(proc_mnt)){

unregister_filesystem(&proc_fs_type);

return;

}

//下面就是产生/proc中的各种文件夹

proc_misc_init();

proc_net_init();

proc_root_fs = proc_mkdir(“fs”,NULL);

proc_root_driver = proc_mkdir(“driver”,NULL);

proc_mkdir(“fs/nfsd”,NULL);

proc_bus = proc_mkdir(“bus”,NULL);

//这个机制有些特别system control mechanism,当一个新的sysctl定义，pro_sys_root就会产生新///的文件

proc_sys_init();

}

proc_misc_init生成/proc main文件夹中的各种文件，它通过特定的程序来读取内核数据结构，这些程序主要如下：

loadavg(loadavg_read_proc):读取系统负载的信息

uptime(uptime_read_proc):

meminfo(meminfo_read_proc):读取内存方面的信息

version(version_read_proc):内核版本信息

….......

对上面的信息进行建立每一个文件，上面的每一个都是只读的,通过调用create_proc_read_entry()

函数实现，其中注册了get_info调用的函数指针。 如meminfo_read_proc函数

static int version_read_proc(char*page,char**start,off_t off,int count,int *eof,void *data)

{

int len;

//转换为指定的格式,写入用户空间

len = sprintf(page,PAGE_SIZE,linux_proc_banner,utsname()->sysname,utsname()->release

,utsname()->version);

//返回写入的数据长度,主要是判断数据是否在一页中

return proc_calc_metries(page,start,off,count,eof,len);

}

其中的linux_proc_banner定义如下：

const char linux_banner[]= “%s version %s ”

“ (” LINUX_COMPILE_BY “@” LINUX_COMPILE_HOST “)”

“ (” LINUX_COMPILER “) %s\n”;

proc_misc_init返回后，就是系统的不同模块夹进行初始化各自文件夹，每个模块的proc_dir_entry的子目录都设置为全局变量。