深入了解linux proc文件系统

haimin0371

已于 2024-11-20 21:53:50 修改

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文章标签： linux

于 2024-11-20 21:33:47 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/haimin0371/article/details/143925844

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深入了解 Linux /proc 文件系统

Linux 操作系统中的 /proc 文件系统是一个特殊的虚拟文件系统，它提供了一种机制来访问内核的数据结构。它包含了系统运行时的信息，如系统内存使用情况、进程信息、已加载的模块等。/proc 文件系统是一个只读的文件系统，它在内存中而不是在磁盘上，这意味着访问 /proc 文件系统的速度非常快。

/proc 文件系统的结构

/proc 文件系统包含了以下几类文件和目录：

目录：每个运行中的进程都有一个以其进程ID命名的目录，例如 /proc/1、/proc/2 等。
文件：提供了系统和进程的动态信息，例如系统启动时间、CPU信息、内存使用情况等。
符号链接：指向实际的设备文件或目录，例如指向物理设备的链接。

系统级文件和目录

在 /proc 的根目录下，有一些文件和目录提供了整个系统的全局信息：

/proc/apm：高级电源管理信息。
/proc/buddyinfo：内存块分配信息。
/proc/cmdline：启动时传递给内核的参数。
/proc/cpuinfo：CPU 信息。
/proc/devices：系统支持的设备列表。
/proc/dma：使用的DMA通道。
/proc/filesystems：支持的文件系统类型。
/proc/interrupts：中断统计信息。
/proc/meminfo：内存使用情况。
/proc/mounts：当前已挂载的文件系统。
/proc/partitions：存储设备分区信息。
/proc/swaps：交换空间的使用情况。
/proc/uptime：系统运行时间和空闲时间。
/proc/version：内核版本信息。

进程级文件和目录

每个进程的 /proc/[pid] 目录包含了与该进程相关的信息：

/proc/[pid]/cmdline：进程启动命令行参数。
/proc/[pid]/cwd：当前工作目录的符号链接。
/proc/[pid]/environ：环境变量。
/proc/[pid}/exe：执行文件的符号链接。
/proc/[pid]/fd：打开文件描述符的符号链接。
/proc/[pid]/maps：内存映射。
/proc/[pid]/mem：进程的内存（只读）。
/proc/[pid]/stat：统计信息。
/proc/[pid]/status：更易读的进程状态。
/proc/[pid]/task：线程任务目录。

/proc/self 目录

/proc/self 是一个特殊的目录，它始终指向当前正在访问它的进程的 /proc/[pid] 目录。这使得访问当前进程的信息变得非常方便，无需知道进程的 PID。

基本使用示例

以下是一些使用 /proc 文件系统来获取系统信息的示例：

查看CPU信息：
```
cat /proc/cpuinfo
```
查看内存使用情况：
```
cat /proc/meminfo
```
查看当前进程的命令行参数：
```
cat /proc/self/cmdline
```

查看所有进程的内存映射：

for pid in /proc/[0-9]*; do echo -n "$pid: "; cat $pid/maps; done

查看系统启动时间：
```
awk '{print $1}' /proc/uptime
```
查看当前进程的打开文件描述符：
```
ls -l /proc/self/fd
```

/proc/self 节点使用示例

/proc/self 是一个特殊的目录，它始终指向当前正在访问它的进程的 /proc/[pid] 目录。以下是 /proc/self 节点下常用文件节点的使用示例：

/proc/self/cmdline

内容：进程启动时的完整命令行参数。
用途：查看当前进程是如何被启动的。
使用示例：
```
cat /proc/self/cmdline
```
这将显示当前进程的命令行参数列表，每个参数都是一个以 null 字符分隔的字符串。

/proc/self/cwd

内容：当前工作目录的符号链接。
用途：获取当前进程的工作目录。
使用示例：
```
ls -l /proc/self/cwd
```
这将显示当前进程的工作目录的详细信息。

/proc/self/exe

内容：执行文件的符号链接。
用途：获取当前进程的可执行文件路径。
使用示例：
```
ls -l /proc/self/exe
```
这将显示当前进程的可执行文件的路径。

/proc/self/fd

内容：当前进程打开的文件描述符的目录。
用途：列出当前进程打开的所有文件描述符。
使用示例：
```
ls -l /proc/self/fd
```
这将列出当前进程打开的所有文件描述符及其对应的文件。

/proc/self/maps

内容：当前进程的内存映射信息。
用途：分析当前进程的内存映射，包括代码段、数据段、共享库、堆和栈等。
使用示例：
```
cat /proc/self/maps
```
这将显示当前进程的内存映射信息，包括每个段的权限和路径。

/proc/self/mem

内容：当前进程的内存（只读）。
用途：在某些情况下，可以用于调试目的，查看进程的内存内容。
使用示例：通常不直接使用，需要特殊权限和工具来读取。

/proc/self/root

内容：当前进程的根文件系统的符号链接。
用途：获取当前进程的根目录。
使用示例：
```
ls -l /proc/self/root
```
这将显示当前进程的根目录的符号链接。

/proc/self/stat

内容：当前进程的状态信息。
用途：获取当前进程的状态和统计信息。
使用示例：
```
cat /proc/self/stat
```
这将显示当前进程的状态信息，包括进程ID、状态、父进程ID等。

/proc/self/status

内容：当前进程的资源消耗情况。
用途：获取当前进程的资源使用情况，如CPU时间、内存使用量等。
使用示例：
```
cat /proc/self/status
```
这将显示当前进程的资源消耗情况，包括内存使用量、CPU时间等。

/proc/self/pagemap

内容：该文件包含了页表项的状态，主要用于查看物理页面与虚拟页面之间的映射关系。每个条目对应一个虚拟内存页面（4KB），可以用来检查该页面是否在内存中、是否被交换等等。需要将其与虚拟地址进行解析才能理解。
用途：提供当前进程的页面映射信息，用于更底层的内存管理分析。
读写方式：/proc/self/pagemap 不是以文本方式直接读取的，需要使用更复杂的方式来解析（例如通过进行位运算来提取信息）。

使用示例：利用pagemap节点通过虚拟地址获取物理地址

#define PAGE_SIZE 4096

void* get_physical_address(void* va) {
    int fd = open("/proc/self/pagemap", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    off_t offset = ((uintptr_t)va) & ~(PAGE_SIZE - 1);
    uint64_t entry = 0;

    if (pread(fd, &entry, sizeof(entry), offset) != sizeof(entry)) {
        perror("pread");
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    close(fd);

    if (!(entry & (1ULL << 63))) {
        fprintf(stderr, "Page not present\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    uint64_t page_frame_number = entry & ((1ULL << 54) - 1);
    return (void*)((page_frame_number * PAGE_SIZE) + ((uintptr_t)va & (PAGE_SIZE - 1)));
}

这些示例涵盖了 /proc/self 节点下常用的文件节点，通过这些示例，你可以更深入地了解和使用 Linux 的 /proc 文件系统来监控和调试系统及进程。

高级使用示例

以下是一些更高级的使用 /proc 文件系统来监控和调试系统的示例：

监控内存使用情况：

watch -n1 'cat /proc/meminfo | grep -E "MemTotal|MemFree|MemAvailable|Buffers|Cached|SwapTotal|SwapFree"'

监控特定进程的内存使用情况：

watch -n1 'cat /proc/[pid]/status | grep -E "VmSize|VmRSS"'

监控磁盘I/O：
```
watch -n1 'cat /proc/diskstats'
```
监控网络统计信息：
```
watch -n1 'cat /proc/net/dev'
```
ToDo

结论

/proc 文件系统是一个强大的工具，它为系统管理员和开发者提供了深入了解和监控系统运行状态的能力。通过熟练使用 /proc 文件系统中的文件和目录，可以有效地进行系统性能分析、故障排查和资源管理。随着 Linux 内核的不断发展，/proc 文件系统也在不断地扩展和完善，提供了更多的功能和信息。