Linux 内核源码分析---proc 文件系统

proc文件系统

进程数据文件系统（process data filesystem, procfs）装载在 /proc，缩写为 procFS。

proc 文件系统是一种虚拟文件系统，其信息不能从块设备读取。只有在读取文件内容时才动态生成相应的信息。使用proc文件系统，可以获得有关内核各子系统的信息（如内存利用率、附接的外设，等等），也可以在不重新编译内核源代码的情况下修改内核的行为，或重启系统。

proc 文件系统提供一种接口，可用于该机制导出的所有选项，直接地修改参数无需开发专门程序，只需要一个shell和标准的 cat、 echo 程序即可。

/proc信息
尽管proc文件系统的容量依系统而不同，其中仍然包含了许多深层嵌套的目录、文件、链接。信息可以分为以下几大类：
（1）内存管理；
（2）系统进程的特征数据；
（3）文件系统；
（4）设备驱动程序；
（5）系统总线；
（6）电源管理；
（7）终端；
（8）系统控制参数。

Linux系统上的/proc目录是一种文件系统，即proc文件系统。
/proc是一种伪文件系统（也即虚拟文件系统），具体目录如下：

proc 常见文件

buddyinfo：用于诊断内存碎片问题。
cmdline：在启动时传递至内核的相关参数信息，这些信息通常由lilo或grub等启动管理工具进行传递；
cpuinfo：处理器的相关信息的文件；
crypto：系统上已安装的内核使用的密码算法及每个算法的详细信息列表；
devices：系统已经加载的所有块设备和字符设备的信息；
diskstats：每块磁盘设备的磁盘 I/O 统计信息列表；
filesystems：当前被内核支持的文件系统类型列表文件，被标示为nodev的文件系统表示不需要块设备的支持；
interrupts：X86 或 X86_64 体系架构系统上每个 IRQ 相关的中断号列表；
iomem：每个物理设备上的记忆体（RAM或者ROM）在系统内存中的映射信息；
ioports：当前正在使用且已经注册过的与物理设备进行通讯的输入-输出端口范围信息列表；
kallsyms：模块管理工具用来动态链接或绑定可装载模块的符号定义，由内核输出；
locks：保存当前由内核锁定的文件的相关信息，包含内核内部的调试数据；每个锁定占据一行，且具有一个惟一的编号；
meminfo：系统中关于当前内存的利用状况等的信息，常由free命令使用；
mounts：在内核2.4.29版本以前，此文件的内容为系统当前挂载的所有文件系统；
modules：当前装入内核的所有模块名称列表，可以由lsmod命令使用，也可以直接查看；
partitions：块设备每个分区的主设备号（major）和次设备号（minor）等信息；
stat：实时追踪自系统上次启动以来的多种统计信息；
swaps：当前系统上的交换分区及其空间利用信息；
uptime：系统上次启动以来的运行时间；
version：当前系统运行的内核版本号；
vmstat：当前系统虚拟内存的多种统计数据；
zoneinfo：内存区域（zone）的详细信息列表；

proc 数据结构

1、proc 核心数据结构
实现 proc 文件系统的代码紧围绕这些结构而建立的，proc 大量使用 VFS 的数据结构，因为作为一种文件系统，它必须集成到内核的 VFS 抽象层中。

还有一些特定于 proc 的数据结构，用于组织内核提供的数据信息。还必须提供一个到内核各个子系统的接口，使得内核能从其数据结构中提取信息，然后借助 /proc 提供给用户空
间。proc 文件系统中的每个数据项都由proc_dir_entry的一个实例描述，

2、装载proc文件系统
内核内部用于描述 proc 文件系统结构和内容的数据已初始化之后，下一步是将该文件系统装载到目录树中。在内核添加新文件系统时，会扫描一个链表，查找与该文件系统相关的file_system_type实例。

proc 文件系统的超级块由proc_get_sb提供。该函数基于另一个内核辅助例程（ get_sb_single），借助proc_fill_super（主要负责用一些定义后从不改变的值来填充 super block 的每个成员）来填充一个super_block的新实例。

proc_sops 中对超级块的各个操作，其中收集内核管理proc文件系统所需的各个函数，

静态的proc_dir_entry实例：

管理 /proc 数据项

1、数据项的创建和注册
新数据项分两个步骤添加到proc文件系统。首先，创建proc_dir_entry的一个新实例，填充描述该数据项的所有需要的信息。
使用fs/proc/generic.c中的proc_register将其注册到proc文件系统当中：

创建数据项之后，注册到 /proc 文件系统步骤：
a.生成一个唯一 proc 内部编号，向数据项赋予身份。get_inode_number 返回一个未使用的编号，用于为动态生成的数据项；
b.必须适当地设备proc_dir_entry实例的 next 和 parent 成员，将新数据项集成到 proc 文件系统的层次结构中；
c.如果此proc_dir_entry成员的proc_iops或proc_fops为NULL指针，那么需要根据文件类型，适当地设备指向file_operations和inode_operations结构实例的指针。

用于管理proc数据项：
proc_mkdir创建一个新目录；
proc_mkdir_mode创建一个新目录，目录的访问权限可以显式指定；
proc_symlink生成一个符号链接；
remove_proc_entry从proc目录中删除一个动态生成的数据项；