理解/proc文件系统

不只一次的有人问我关于/proc文件系统，那是什么，那些巨大的文件在那里做什么？我可以删除它们吗？本文将详细介绍/proc文件系统，描述一些工具，你可以通过这些工具领略/proc的威力。最后有一个例子程序，演示了系统管理员如何与/proc交互。 ◆ 介绍/proc 在过去那些糟糕的日子里，只能通过直接访问内核内存(/dev/kmem)获取进程数据，比如运行ps(1)命令时。为了实现这种访问，需要超级用户权限，而且步骤相当复杂。Sun公司从Unix SVR4开始解决了进程数据访问问题，现在，可以简单地通过/proc访问进程数据。 /proc文件系统不是普通意义上的文件系统，它是一个到运行中进程地址空间的访问接口。通过/proc，可以用标准Unix系统调用(比如open()、read()、write()、ioctl()等等)访问进程地址空间。事实上，Solaris ps(1)命令正是利用/proc获取进程状态。 S (l) 进程状态: O 正在运行 S 休眠: 进程正在等待某个事件发生/完成 R 可运行: 进程位于运行队列中 Z 僵尸状态: 进程结束了，但是其父进程未处理SIGCHLD信号 T 进程暂停: 可能是任务控制信号所致，或者正在被 跟踪调试 /proc下的大文件对应运行中进程的地址空间，不是标准Unix文件。事实上每个文件名对应运行中进程的PID，文件属主、属组对应进程拥有者的real-uid和primary-gid。权限控制与普通Unix文件一样。文件大小是最令人迷惑的地方，事实上相当好理解，对应进程内存映像大小，并不真正占用硬盘空间，所以你不必担心空间浪费的问题。不要企图删除这些文件！观察图A中列举的/proc例子： -------------------------------------------------------------------------- $ ls -l /proc total 43384 -rw------- 1 root root 0 Apr 2 20:07 00000 -rw------- 1 root root 393216 Apr 2 20:07 00001 -rw------- 1 root root 0 Apr 2 20:07 00002 -rw------- 1 root root 0 Apr 2 20:07 00003 -rw------- 1 root root 1695744 Apr 2 20:07 00081 -rw------- 1 root root 1597440 Apr 2 20:07 00083 -rw------- 1 root root 1777664 Apr 2 20:08 00096 -rw------- 1 root root 1683456 Apr 2 20:08 00099 -rw------- 1 root root 1589248 Apr 2 20:08 00101 -rw------- 1 root root 1445888 Apr 2 20:08 00116 -rw------- 1 root root 1404928 Apr 2 20:08 00126 -rw------- 1 root root 798720 Apr 2 20:08 00135 -rw------- 1 root root 1368064 Apr 2 20:08 00195 -rw------- 1 root root 1585152 Apr 2 20:08 00197 -rw------- 1 root root 1368064 Apr 2 20:08 00200 -rw------- 1 root other 225280 Apr 2 20:08 00201 -rw------- 1 root root 1454080 Apr 2 20:08 00203 -rw------- 1 root root 1519616 Apr 2 20:14 00243 -rw------- 1 rthomas wheel 1499136 Apr 2 20:14 00245 -rw------- 1 rthomas wheel 806912 Apr 2 20:16 00261 $ 图A: /proc例子 -------------------------------------------------------------------------- 操作/proc下文件的方式和操作普通Unix文件一样，可以使用所有你熟悉的系统调用，包括ioctl()。在内核中，针对/proc下文件的vnode操作被转向procfs。这意味着操作vnode的系统调用(比如lookuppn())实际上最终转向procfs-savvy系统调用(比如prlookup())。 ◆ /proc能告诉我什么 Solaris下使用/proc的工具相当完善，位于/usr/proc/bin目录中。这些工具提供了一种访问任意指定进程临界数据的简捷办法。比如，想知道一个进程已经打开了多少文件，你可以使用crash(1M)(见鬼，我不会)，但是你是root吗？不必担心，可以用/usr/proc/bin/pfiles获取这种信息，图B演示了pfiles(1)命令的使用： -------------------------------------------------------------------------- [scz@ /export/home/scz]> ps PID TTY TIME CMD 637 pts/3 0:00 bash [scz@ /export/home/scz]> pfiles 637 637: -bash Current rlimit: 64 file descriptors 0: S_IFCHR mode:0620 dev:151,0 ino:196787 uid:500 gid:7 rdev:24,3 O_RDWR 1: S_IFCHR mode:0620 dev:151,0 ino:196787 uid:500 gid:7 rdev:24,3 O_RDWR 2: S_IFCHR mode:0620 dev:151,0 ino:196787 uid:500 gid:7 rdev:24,3 O_RDWR 3: S_IFDOOR mode:0444 dev:191,0 ino:1618164880 uid:0 gid:0 size:0 O_RDONLY|O_LARGEFILE FD_CLOEXEC door to nscd[213] 63: S_IFCHR mode:0620 dev:151,0 ino:196787 uid:500 gid:7 rdev:24,3 O_RDWR FD_CLOEXEC [scz@ /export/home/scz]> 图B: 使用pfiles(1)命令 -------------------------------------------------------------------------- 正如上面演示的，/usr/proc/bin下的命令使用很简单，只需要在命令行上指定PID。然而，留心权限许可设置，与所有普通Unix文件一样，你无权访问那些权限设置上禁止访问的指定PID的进程数据。 花点事件看看proc(1)手册页，熟悉其中介绍的命令，你将学会列举指定进程相关的库、进程信号设置、进程信任设置，你甚至可以暂停、重启进程。 ◆ 编写/proc工具 /proc的魅力在于它包含了你可能想知道的关于一个进程的任何信息，你只需要简单地从中获取。/usr/include/sys/procfs.h文件中定义了两个结构，prstatus和prpsinfo，从中可以获取指定进程的很多信息。下面是个例子，开发者想知道他的应用程序究竟占用了多少内存。简单！ls /proc就可以知道了。但是，他还想知道更多细节，他需要知道总的映像大小、常驻部分的大小、堆区(heap)大小、栈区(stack)大小。此外，他希望能够定期跟踪这些数据信息，类似vmstat(1M)那种方式。如上所述，听起来象是一个令人生畏的任务。 译者: Solaris 2.6开始这两个结构定义在/usr/include/sys/old_procfs.h文件中 然而，通过使用/proc文件系统，我们可以使这项编程挑战变得容易些。我们写的这个工具称做memlook，将显示指定PID对应的内存统计信息。此外，可以在命令行上指定一个时间间隔，以便定期重新检测内存利用信息。图C演示了一次简单的输出： -------------------------------------------------------------------------- $ memlook 245 PID IMAGE RSS HEAP STACK 245 1499136 1044480 24581 8192 $ 图C: memlook的输出举例 -------------------------------------------------------------------------- 下面是memlook.c的源代码 -------------------------------------------------------------------------- /* * @(#)memlook.c 1.0 10 Nov 1997 * Robert Owen Thomas robt@cymru.com * memlook.c -- A process memory utilization reporting tool. * * gcc -Wall -O3 -o memlook memlook.c */ #pragma ident '@(#)memlook.c 1.0 10 Nov 1997 Robert Owen Thomas robt@cymru.com ' #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/signal.h> #include <sys/syscall.h> #include <sys/procfs.h> #include <sys/param.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> int counter = 10; int showUsage ( const char * ); void getInfo ( int, int ); int main ( int argc, char * argv[] ) { int fd, pid, timeloop = 0; char pidpath[BUFSIZ]; /* /usr/include/stdio.h: #define BUFSIZ 1024 */ switch ( argc ) { case 2: break; case 3: timeloop = atoi( argv[2] ); break; default: showUsage( argv[0] ); break; } /* end of switch */ pid = atoi( argv[1] ); sprintf( pidpath, '/proc/%-d', pid ); /* -表示向左靠 */ if ( ( fd = open( pidpath, O_RDONLY ) ) < 0 ) { perror( pidpath ); exit( 1 ); } if ( 0 < timeloop ) { for ( ; ; ) { getInfo( fd, pid ); sleep( timeloop ); } } getInfo( fd, pid ); close( fd ); exit( 0 ); } /* end of main */ int showUsage ( const char * progname ) { fprintf( stderr, '%s: usage: %s < PID > [time delay]n', progname, progname ); exit( 3 ); } /* end of showUsage */ void getInfo ( int fd, int pid ) { prpsinfo_t prp; prstatus_t prs; if ( ioctl( fd, PIOCPSINFO, &prp ) < 0 ) { perror( 'ioctl' ); exit( 5 ); } if ( ioctl( fd, PIOCSTATUS, &prs ) < 0 ) { perror( 'ioctl' ); exit( 7 ); } if ( counter > 9 ) { fprintf( stdout, 'PIDtIMAGEttRSSttHEAPttSTACKn' ); counter = 0; } fprintf( stdout, '%ut%-9ut%-9ut%-15ut%-15un', pid, ( unsigned int )prp.pr_bysize, ( unsigned int )prp.pr_byrssize, ( unsigned int )prs.pr_brksize, ( unsigned int )prs.pr_stksize ); counter++; } /* end of getInfo */ -------------------------------------------------------------------------- 译者: 作者这里利用了ioctl()，而不是直接读取/proc下文件，这样做的好处在于即使系统升级后/proc布局改变，内核中相应ioctl cmd支持也随之改变，对于应用层的开发者，接口一样，源代码可平稳移植。事实上从作者前面举例来看， memlook.c是在Solaris 2.6以前的版本上开发的，但我并未修改就可以直接用在Solaris 2.6上，虽然此时/proc布局已经发生重大变化。 仔细阅读prstatus和prpsinfo结构，寻找那些你敢兴趣的成员。在未能真正掌握这种技术之前不要针对/proc文件系统使用write()或者ioctl()。针对特定进程胡乱做write()调用，结果未知。 ◆ 结论 当痛苦调试程序或者试图获取指定进程状态的时候，/proc文件系统将是你强有力的支持者。通过它可以创建更强大的工具，获取更多信息。