嵌入式Linux：proc文件系统

proc 文件系统是一个虚拟文件系统，它以文件系统的形式为应用层提供访问系统内核数据的接口。用户和应用程序可以通过 proc 文件系统获取系统信息和进程相关信息，对 proc 文件系统的读写相当于与内核进行通信。然而，与普通文件不同，proc 文件系统是动态创建的，文件本身并不存在于磁盘中，只存在于内存中。因此，它被称为虚拟文件系统，类似于 devfs。

proc 文件系统特点如下：

• 动态创建：proc 文件系统中的文件是动态生成的，实时反映系统和进程的状态。
• 内核信息访问：最初，proc 文件系统是为了提供有关系统中进程的信息，但由于其高效和便捷，很多内核信息也开始通过它进行报告或启用动态运行时配置。
• 可视化数据：内核将运行时的一些关键数据以文件的形式呈现在 proc 文件系统的特定文件中，使得应用层可以以可视化方式访问这些数据结构。

proc 文件系统通常挂载在系统的 /proc 目录下。对于内核开发者（如驱动开发工程师）来说，proc 文件系统提供了一种调试内核的方法：通过查看 /proc/xxx 文件，可以获取内核特定数据结构的值，对比添加新功能前后的数据变化，从而判断该功能的影响是否合理。

在 /proc 目录下包含了一些重要的目录和虚拟文件如下所示：

在 /proc 目录下，可以看到许多以数字命名的文件夹，例如 100038、2299、98560 等。这些数字对应的是各个进程的 PID（进程标识符）。每个进程在内核中都有一个唯一的编号，即 PID，用来区分不同的进程。这些以数字命名的文件夹中记录了各个进程的相关信息。不同的信息通过不同的虚拟文件呈现。

以下是对 /proc 目录下各个文件和子目录的详细说明：

进程相关信息

• /proc/pid：每个正在运行的进程都有一个对应的目录，pid 是进程的 ID，包含了关于该进程的各种信息。
  • /proc/pid/cmdline：启动该进程的命令行参数。
  • /proc/pid/cwd：指向进程当前的工作目录的符号链接。
  • /proc/pid/environ：进程的环境变量。
  • /proc/pid/exe：指向进程的可执行文件的符号链接。
  • /proc/pid/fd/：包含指向进程打开的文件描述符的符号链接。
  • /proc/pid/stat：进程的状态信息，包含进程的详细状态。
  • /proc/pid/status：进程的状态信息，以更易读的格式显示。

系统相关信息

• /proc/cpuinfo：关于 CPU 的详细信息，包括每个 CPU 的型号、频率、缓存大小等。
• /proc/meminfo：关于系统内存的详细信息，包括总内存、可用内存、缓存大小等。
• /proc/uptime：系统启动后的时间和空闲时间。
• /proc/version：内核版本信息，包括编译者和编译时间。
• /proc/loadavg：系统负载平均值，显示最近 1、5、15 分钟的系统平均负载。
• /proc/filesystems：内核支持的文件系统列表。
• /proc/sys/：内核参数的配置，通过该目录可以调整和查看内核参数。

其他有用的虚拟文件

• /proc/cmdline：内核启动参数。
• /proc/iomem：IO 设备的内存使用情况。
• /proc/interrupts：显示被占用的中断号和占用者相关的信息。
• /proc/ioports：IO 端口的使用情况。
• /proc/kcore：系统物理内存映像，不可读取，一般用于内核调试。
• /proc/loadavg：系统平均负载。
• /proc/meminfo：物理内存和交换分区使用情况。
• /proc/modules：当前加载的内核模块列表。
• /proc/mounts：当前挂载的文件系统列表。
• /proc/partitions：系统识别的分区表。
• /proc/swaps：交换分区的利用情况。
• /proc/version：内核版本信息。
• /proc/uptime：系统运行时间。

1、使用 cat 命令读取 /proc 文件系统

cat 命令是一个简单且常用的方式来读取 /proc 目录下的虚拟文件。

查看内核版本：

cat /proc/version

输出类似于：

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

查看系统负载：

cat /proc/loadavg

输出类似于：

0.00 0.01 0.05 1/103 1234

2、在应用程序中使用 open() 和 read() 函数读取 /proc 文件系统

在编程中，可以使用标准的文件操作函数来读取 /proc 文件系统中的内容。以下是一个简单的 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] = '\0';
        printf("%s", buffer);
    }
 
    if (bytesRead == -1) {
        perror("read");
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    close(fd);
}
 
int main() {
    read_proc_file("/proc/version");
    return 0;
}

输出类似于：

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

通过 cat 命令和编程接口，用户和开发者可以方便地访问和读取 /proc 文件系统中的实时信息。这些信息对于系统监控、调试和优化非常有用。

作者：不脱发的程序猿。来源：CSDN 原文（CC BY-SA 4.0）。