内核窗口---proc文件系统

内核窗口—proc文件系统

引言：在写进程调度笔记时，我特别好奇，想了解一下ubuntu 14.04到底采取的是什么调度策略，于是接触到proc文件系统，它内部包含很多内核数据信息。这里并不会分析每一个文件、每一条数据的含义。仅仅是介绍Proc文件系统产生背景，常见文件含义。以后遇到相关问题时，再深入学习。

- 内核窗口—proc文件系统

一、Proc文件系统简单介绍

1.1、产生背景

Linux内核是一个非常庞大、非常复杂的程序，对于这样一个程序来说，调试是一件非常复杂的事情。随着Linux内核版本更新迭代，给里面添加/修改一个功能是非常麻烦的，因为其可能会影响其他已有的。为了降低内核调试和学习的难度，内核开发者们在内核中天价了一些属性专门用于调试，proc文件系统就是一个尝试。

1.2、设计思路

Proc文件的设计思路是：在内核中构建一个虚拟文件系统/proc，将内核运行时其关键的数据结构以文件的方式呈现在/proc目录的特定文件中，以可视化的方式呈现给内核开发者。proc文件系统给开发者一种调试内核的方法：我们通过实时的观察/proc/xxx文件，来观看内核特定数据结构的值，当我们添加一个增删新功能时，可以知道这个新功能的影响是对还是不对。

图1、proc文件夹下部分内容

这里仅截取了部分内容，并且用红色及绿色的框分成两部分，其中红色框内部文件以数字命名，其实际为进程的PID，文件夹内容记录进程的相关信息，会在后面介绍。绿色框内部包含了熟悉的buddyinfo、meminfo、cpuinfo等，这些反映了计算机硬件及内核的实时信息。

1.3、proc文件特性

proc目录下文件的大小都是0，因为这些文件本身并不存在于磁盘中，它也不是一个真实的文件，只是一个接口。当我们去读取这个文件时，内核并不是磁盘找这个文件，而是映射为内核内部一个数据结构被读取，并且格式化成字符串返回给我们。所以尽管我们看到的还是一个文件内容字符串，和普通文件一样，但实际上这个内容是实时从内核的数据结构来得，而不是硬盘中来的。

图2、proc文件夹大小均为0

图3、文件只读特性

二、进程目录中的常见文件介绍

/proc目录中包含许多以数字命名的子目录，这些数字表示当前系统正在运行进程的进程号，里面包含对应进程相关的多个信息文件。这里我们首先sleep 400& 开启一个后台运行的睡眠进程，其PID为3636。

图4、获得一个后台进程

图5、PID为3636的进程文件夹内部信息

1)、cmdline — 启动当前进程的完整命令，但僵尸进程目录中的此文件不包含任何信息；

图6、cmdline

2)、fd — 这是个目录，包含当前进程打开的每一个文件的文件描述符（file descriptor），这些文件描述符是指向实际文件的一个符号链接；

图7、fd内容

3)、limits当前进程所使用的每一个受限资源的软限制、硬限制和管理单元；此文件仅可由实际启动当前进程的UID用户读取；（2.6.24以后的内核版本支持此功能）；

图8、limits文件夹内容

4)、mem -当前进程所占用的内存空间，由open、read和lseek等系统调用使用，不能被用户读取；

5)、task— 目录文件，包含由当前进程所运行的每一个线程的相关信息，每个线程的相关信息文件均保存在一个由线程号（tid）命名的目录中，这类似于其内容类似于每个进程目录中的内容；（内核2.6版本以后支持此功能）

图9、task文件夹下线程信息

6)、其他，可参考：深入理解linux系统下proc文件系统内容

三、/Proc目录下常见文件夹介绍

1)、/proc/vmstat ：当前系统虚拟内存的多种统计数据，信息量可能会比较大，这因系统而有所不同

图10、虚拟内存信息

2)、/proc/slabinfo： 在内核中频繁使用的对象（如inode、dentry等）都有自己的cache，即slab pool，而/proc/slabinfo文件列出了这些对象相关slap的信息

图11、slab缓存信息

3)、/proc/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；可以使用文件查看命令直接读取此文件，其内容显示为两列，前者为统计属性，后者为对应的值；

图12、meminfo信息

4)、/proc/loadavg： 保存关于CPU和磁盘I/O的负载平均值，其前三列分别表示每1秒钟、每5秒钟及每15秒的负载平均值，类似于uptime命令输出的相关信息；第四列是由斜线隔开的两个数值，前者表示当前正由内核调度的实体（进程和线程）的数目，后者表示系统当前存活的内核调度实体的数目；第五列表示此文件被查看前最近一个由内核创建的进程的PID；