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　　這個虛擬文件系統(tǒng)在內(nèi)核空間和用戶空間之間打開了一個通信窗口/proc 文件系統(tǒng)是一個虛擬文件系統(tǒng)，通過它可以使用一種新的方法在 Linux? 內(nèi)核空間和用戶空間之間進行通信。在 /proc 文件系統(tǒng)中，我們可以將對虛擬文件的讀寫作為與內(nèi)核中實體進行通信的一種手段，但是與普通文件不同的是，這些虛擬文件的內(nèi)容都是動態(tài)創(chuàng)建的。本文對 /proc 虛擬文件系統(tǒng)進行了介紹，并展示了它的用法。

　　最初開發(fā) /proc 文件系統(tǒng)是為了提供有關(guān)系統(tǒng)中進程的信息。但是由于這個文件系統(tǒng)非常有用，因此內(nèi)核中的很多元素也開始使用它來報告信息，或啟用動態(tài)運行時配置。

/proc 文件系統(tǒng)包含了一些目錄（用作組織信息的方式）和虛擬文件。虛擬文件可以向用戶呈現(xiàn)內(nèi)核中的一些信息，也可以用作一種從用戶空間向內(nèi)核發(fā)送信息的手段。實際上我們并不會同時需要實現(xiàn)這兩點，但是本文將向您展示如何配置這個文件系統(tǒng)進行輸入和輸出。

盡管像本文這樣短小的一篇文章無法詳細介紹 /proc 的所有用法，但是它依然對這兩種用法進行了展示，從而可以讓我們體會一下 /proc 是多么強大。清單 1 是對 /proc 中部分元素進行一次交互查詢的結(jié)果。它顯示的是 /proc 文件系統(tǒng)的根目錄中的內(nèi)容。注意，在左邊是一系列數(shù)字編號的文件。每個實際上都是一個目錄，表示系統(tǒng)中的一個進程。由于在 GNU/Linux 中創(chuàng)建的第一個進程是?init?進程，因此它的?process-id?為?1。然后對這個目錄執(zhí)行一個?ls?命令，這會顯示很多文件。每個文件都提供了有關(guān)這個特殊進程的詳細信息。例如，要查看?init?的 command-line 項的內(nèi)容，只需對?cmdline?文件執(zhí)行?cat?命令。

/proc 中另外一些有趣的文件有：cpuinfo，它標識了處理器的類型和速度；pci，顯示在 PCI 總線上找到的設(shè)備；modules，標識了當(dāng)前加載到內(nèi)核中的模塊。

清單 1. 對 /proc 的交互過程

[root@plato]# ls /proc 1 2040 2347 2874 474 fb mdstat sys 104 2061 2356 2930 9 filesystems meminfo sysrq-trigger 113 2073 2375 2933 acpi fs misc sysvipc 1375 21 2409 2934 buddyinfo ide modules tty 1395 2189 2445 2935 bus interrupts mounts uptime 1706 2201 2514 2938 cmdline iomem mtrr version 179 2211 2515 2947 cpuinfo ioports net vmstat 180 2223 2607 3 crypto irq partitions 181 2278 2608 3004 devices kallsyms pci 182 2291 2609 3008 diskstats kcore self 2 2301 263 3056 dma kmsg slabinfo 2015 2311 2805 394 driver loadavg stat 2019 2337 2821 4 execdomains locks swaps [root@plato 1]# ls /proc/1 auxv cwd exe loginuid mem oom_adj root statm task cmdline environ fd maps mounts oom_score stat status wchan [root@plato]# cat /proc/1/cmdline init [5] [root@plato]#

清單 2 展示了對 /proc 中的一個虛擬文件進行讀寫的過程。這個例子首先檢查內(nèi)核的 TCP/IP 棧中的 IP 轉(zhuǎn)發(fā)的目前設(shè)置，然后再啟用這種功能。

清單 2. 對 /proc 進行讀寫（配置內(nèi)核）

[root@plato]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 0 [root@plato]# echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward [root@plato]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 1 [root@plato]#

另外，我們還可以使用?sysctl?來配置這些內(nèi)核條目。有關(guān)這個問題的更多信息，請參閱?參考資料?一節(jié)的內(nèi)容。

順便說一下，/proc 文件系統(tǒng)并不是 GNU/Linux 系統(tǒng)中的惟一一個虛擬文件系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)上，sysfs?是一個與 /proc 類似的文件系統(tǒng)，但是它的組織更好（從 /proc 中學(xué)習(xí)了很多教訓(xùn)）。不過 /proc 已經(jīng)確立了自己的地位，因此即使 sysfs 與 /proc 相比有一些優(yōu)點，/proc 也依然會存在。還有一個?debugfs?文件系統(tǒng)，不過（顧名思義）它提供的更多是調(diào)試接口。debugfs 的一個優(yōu)點是它將一個值導(dǎo)出給用戶空間非常簡單（實際上這不過是一個調(diào)用而已）。

內(nèi)核模塊簡介

可加載內(nèi)核模塊（LKM）是用來展示 /proc 文件系統(tǒng)的一種簡單方法，這是因為這是一種用來動態(tài)地向 Linux 內(nèi)核添加或刪除代碼的新方法。LKM 也是 Linux 內(nèi)核中為設(shè)備驅(qū)動程序和文件系統(tǒng)使用的一種流行機制。

如果您曾經(jīng)重新編譯過 Linux 內(nèi)核，就可能會發(fā)現(xiàn)在內(nèi)核的配置過程中，有很多設(shè)備驅(qū)動程序和其他內(nèi)核元素都被編譯成了模塊。如果一個驅(qū)動程序被直接編譯到了內(nèi)核中，那么即使這個驅(qū)動程序沒有運行，它的代碼和靜態(tài)數(shù)據(jù)也會占據(jù)一部分空間。但是如果這個驅(qū)動程序被編譯成一個模塊，就只有在需要內(nèi)存并將其加載到內(nèi)核時才會真正占用內(nèi)存空間。有趣的是，對于 LKM 來說，我們不會注意到有什么性能方面的差異，因此這對于創(chuàng)建一個適應(yīng)于自己環(huán)境的內(nèi)核來說是一種功能強大的手段，這樣可以根據(jù)可用硬件和連接的設(shè)備來加載對應(yīng)的模塊。

下面是一個簡單的 LKM，可以幫助您理解它與在 Linux 內(nèi)核中看到的標準（非動態(tài)可加載的）代碼之間的區(qū)別。清單 3 給出了一個最簡單的 LKM。（可以從本文的?下載?一節(jié)中下載這個代碼）。

清單 3 包括了必須的模塊頭（它定義了模塊的 API、類型和宏）。然后使用?MODULE_LICENSE?定義了這個模塊使用的許可證。此處，我們定義的是?GPL，從而防止會污染到內(nèi)核。

清單 3 然后又定義了這個模塊的?init?和?cleanup?函數(shù)。my_module_init?函數(shù)是在加載這個模塊時被調(diào)用的，它用來進行一些初始化方面的工作。my_module_cleanup?函數(shù)是在卸載這個模塊時被調(diào)用的，它用來釋放內(nèi)存并清除這個模塊的蹤跡。注意此處?printk?的用法：這是內(nèi)核的?printf?函數(shù)。KERN_INFO?符號是一個字符串，可以用來對進入內(nèi)核回環(huán)緩沖區(qū)的信息進行過濾（非常類似于?syslog）。

最后，清單 3 使用?module_init?和?module_exit?宏聲明了入口函數(shù)和出口函數(shù)。這樣我們就可以按照自己的意愿來對這個模塊的?init?和cleanup?函數(shù)進行命名了，不過我們最終要告訴內(nèi)核維護函數(shù)就是這些函數(shù)。

清單 3. 一個簡單的但可以正常工作的 LKM（simple-lkm.c）

#include <linux/module.h> /* Defines the license for this LKM */ MODULE_LICENSE("GPL"); /* Init function called on module entry */ int my_module_init( void ) {printk(KERN_INFO "my_module_init called. Module is now loaded.\n");return 0; } /* Cleanup function called on module exit */ void my_module_cleanup( void ) {printk(KERN_INFO "my_module_cleanup called. Module is now unloaded.\n");return; } /* Declare entry and exit functions */ module_init( my_module_init ); module_exit( my_module_cleanup );

清單 3 盡管非常簡單，但它卻是一個真正的 LKM?，F(xiàn)在讓我們對其進行編譯并在一個 2.6 版本的內(nèi)核上進行測試。2.6 版本的內(nèi)核為內(nèi)核模塊的編譯引入了一種新方法，我發(fā)現(xiàn)這種方法比原來的方法簡單了很多。對于文件?simple-lkm.c，我們可以創(chuàng)建一個 makefile，其惟一內(nèi)容如下：

obj-m += simple-lkm.o

要編譯 LKM，請使用?make?命令，如清單 4 所示。

清單 4. 編譯 LKM

[root@plato]# make -C /usr/src/linux-`uname -r` SUBDIRS=$PWD modules make: Entering directory `/usr/src/linux-2.6.11'CC [M] /root/projects/misc/module2.6/simple/simple-lkm.oBuilding modules, stage 2.MODPOSTCC /root/projects/misc/module2.6/simple/simple-lkm.mod.oLD [M] /root/projects/misc/module2.6/simple/simple-lkm.ko make: Leaving directory `/usr/src/linux-2.6.11' [root@plato]#

結(jié)果會生成一個?simple-lkm.ko?文件。這個新的命名約定可以幫助將這些內(nèi)核對象（LKM）與標準對象區(qū)分開來?，F(xiàn)在可以加載或卸載這個模塊了，然后可以查看它的輸出。要加載這個模塊，請使用?insmod?命令；反之，要卸載這個模塊，請使用?rmmod?命令。lsmod?可以顯示當(dāng)前加載的 LKM（參見清單 5）。

清單 5. 插入、檢查和刪除 LKM

[root@plato]# insmod simple-lkm.ko [root@plato]# lsmod Module Size Used by simple_lkm 1536 0 autofs4 26244 0 video 13956 0 button 5264 0 battery 7684 0 ac 3716 0 yenta_socket 18952 3 rsrc_nonstatic 9472 1 yenta_socket uhci_hcd 32144 0 i2c_piix4 7824 0 dm_mod 56468 3 [root@plato]# rmmod simple-lkm [root@plato]#

注意，內(nèi)核的輸出進到了內(nèi)核回環(huán)緩沖區(qū)中，而不是打印到?stdout?上，這是因為?stdout?是進程特有的環(huán)境。要查看內(nèi)核回環(huán)緩沖區(qū)中的消息，可以使用?dmesg?工具（或者通過 /proc 本身使用?cat /proc/kmsg?命令）。清單 6 給出了?dmesg?顯示的最后幾條消息。

清單 6. 查看來自 LKM 的內(nèi)核輸出

[root@plato]# dmesg | tail -5 cs: IO port probe 0xa00-0xaff: clean. eth0: Link is down eth0: Link is up, running at 100Mbit half-duplex my_module_init called. Module is now loaded. my_module_cleanup called. Module is now unloaded. [root@plato]#

可以在內(nèi)核輸出中看到這個模塊的消息?，F(xiàn)在讓我們暫時離開這個簡單的例子，來看幾個可以用來開發(fā)有用 LKM 的內(nèi)核 API。

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集成到 /proc 文件系統(tǒng)中

內(nèi)核程序員可以使用的標準 API，LKM 程序員也可以使用。LKM 甚至可以導(dǎo)出內(nèi)核使用的新變量和函數(shù)。有關(guān) API 的完整介紹已經(jīng)超出了本文的范圍，因此我們在這里只是簡單地介紹后面在展示一個更有用的 LKM 時所使用的幾個元素。

創(chuàng)建并刪除 /proc 項

要在 /proc 文件系統(tǒng)中創(chuàng)建一個虛擬文件，請使用?create_proc_entry?函數(shù)。這個函數(shù)可以接收一個文件名、一組權(quán)限和這個文件在 /proc 文件系統(tǒng)中出現(xiàn)的位置。create_proc_entry?的返回值是一個?proc_dir_entry?指針（或者為?NULL，說明在?create?時發(fā)生了錯誤）。然后就可以使用這個返回的指針來配置這個虛擬文件的其他參數(shù)，例如在對該文件執(zhí)行讀操作時應(yīng)該調(diào)用的函數(shù)。create_proc_entry?的原型和proc_dir_entry?結(jié)構(gòu)中的一部分如清單 7 所示。

清單 7. 用來管理 /proc 文件系統(tǒng)項的元素

struct proc_dir_entry *create_proc_entry( const char *name, mode_t mode,struct proc_dir_entry *parent ); struct proc_dir_entry {const char *name; // virtual file namemode_t mode; // mode permissionsuid_t uid; // File's user idgid_t gid; // File's group idstruct inode_operations *proc_iops; // Inode operations functionsstruct file_operations *proc_fops; // File operations functionsstruct proc_dir_entry *parent; // Parent directory...read_proc_t *read_proc; // /proc read functionwrite_proc_t *write_proc; // /proc write functionvoid *data; // Pointer to private dataatomic_t count; // use count... }; void remove_proc_entry( const char *name, struct proc_dir_entry *parent );

稍后我們就可以看到如何使用?read_proc?和?write_proc?命令來插入對這個虛擬文件進行讀寫的函數(shù)。

要從 /proc 中刪除一個文件，可以使用?remove_proc_entry?函數(shù)。要使用這個函數(shù)，我們需要提供文件名字符串，以及這個文件在 /proc 文件系統(tǒng)中的位置（parent）。這個函數(shù)原型如清單 7 所示。

parent 參數(shù)可以為 NULL（表示 /proc 根目錄），也可以是很多其他值，這取決于我們希望將這個文件放到什么地方。表 1 列出了可以使用的其他一些父?proc_dir_entry，以及它們在這個文件系統(tǒng)中的位置。

表 1. proc_dir_entry 快捷變量

proc_dir_entry在文件系統(tǒng)中的位置

proc_root_fs	/proc
proc_net	/proc/net
proc_bus	/proc/bus
proc_root_driver	/proc/driver

回調(diào)函數(shù)

我們可以使用?write_proc?函數(shù)向 /proc 中寫入一項。這個函數(shù)的原型如下：

int mod_write( struct file *filp, const char __user *buff,unsigned long len, void *data );

filp?參數(shù)實際上是一個打開文件結(jié)構(gòu)（我們可以忽略這個參數(shù)）。buff?參數(shù)是傳遞給您的字符串?dāng)?shù)據(jù)。緩沖區(qū)地址實際上是一個用戶空間的緩沖區(qū)，因此我們不能直接讀取它。len?參數(shù)定義了在?buff?中有多少數(shù)據(jù)要被寫入。data?參數(shù)是一個指向私有數(shù)據(jù)的指針（參見 清單 7）。在這個模塊中，我們聲明了一個這種類型的函數(shù)來處理到達的數(shù)據(jù)。

Linux 提供了一組 API 來在用戶空間和內(nèi)核空間之間移動數(shù)據(jù)。對于?write_proc?的情況來說，我們使用了?copy_from_user?函數(shù)來維護用戶空間的數(shù)據(jù)。

讀回調(diào)函數(shù)

我們可以使用?read_proc?函數(shù)從一個 /proc 項中讀取數(shù)據(jù)（從內(nèi)核空間到用戶空間）。這個函數(shù)的原型如下：

int mod_read( char *page, char **start, off_t off,int count, int *eof, void *data );

page?參數(shù)是這些數(shù)據(jù)寫入到的位置，其中?count?定義了可以寫入的最大字符數(shù)。在返回多頁數(shù)據(jù)（通常一頁是 4KB）時，我們需要使用?start和?off?參數(shù)。當(dāng)所有數(shù)據(jù)全部寫入之后，就需要設(shè)置?eof（文件結(jié)束參數(shù)）。與?write?類似，data?表示的也是私有數(shù)據(jù)。此處提供的?page?緩沖區(qū)在內(nèi)核空間中。因此，我們可以直接寫入，而不用調(diào)用?copy_to_user。

其他有用的函數(shù)

我們還可以使用?proc_mkdir、symlinks?以及?proc_symlink?在 /proc 文件系統(tǒng)中創(chuàng)建目錄。對于只需要一個?read?函數(shù)的簡單 /proc 項來說，可以使用?create_proc_read_entry，這會創(chuàng)建一個 /proc 項，并在一個調(diào)用中對?read_proc?函數(shù)進行初始化。這些函數(shù)的原型如清單 8 所示。

清單 8. 其他有用的 /proc 函數(shù)

/* Create a directory in the proc filesystem */ struct proc_dir_entry *proc_mkdir( const char *name,struct proc_dir_entry *parent ); /* Create a symlink in the proc filesystem */ struct proc_dir_entry *proc_symlink( const char *name,struct proc_dir_entry *parent,const char *dest ); /* Create a proc_dir_entry with a read_proc_t in one call */ struct proc_dir_entry *create_proc_read_entry( const char *name,mode_t mode,struct proc_dir_entry *base,read_proc_t *read_proc,void *data ); /* Copy buffer to user-space from kernel-space */ unsigned long copy_to_user( void __user *to,const void *from,unsigned long n ); /* Copy buffer to kernel-space from user-space */ unsigned long copy_from_user( void *to,const void __user *from,unsigned long n ); /* Allocate a 'virtually' contiguous block of memory */ void *vmalloc( unsigned long size ); /* Free a vmalloc'd block of memory */ void vfree( void *addr ); /* Export a symbol to the kernel (make it visible to the kernel) */ EXPORT_SYMBOL( symbol ); /* Export all symbols in a file to the kernel (declare before module.h) */ EXPORT_SYMTAB

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通過 /proc 文件系統(tǒng)實現(xiàn)財富分發(fā)

下面是一個可以支持讀寫的 LKM。這個簡單的程序提供了一個財富甜點分發(fā)。在加載這個模塊之后，用戶就可以使用?echo?命令向其中導(dǎo)入文本財富，然后再使用?cat?命令逐一讀出。

清單 9 給出了基本的模塊函數(shù)和變量。init?函數(shù)（init_fortune_module）負責(zé)使用?vmalloc?來為這個點心罐分配空間，然后使用?memset?將其全部清零。使用所分配并已經(jīng)清空的?cookie_pot?內(nèi)存，我們在 /proc 中創(chuàng)建了一個?proc_dir_entry?項，并將其稱為?fortune。當(dāng)proc_entry?成功創(chuàng)建之后，對自己的本地變量和?proc_entry?結(jié)構(gòu)進行了初始化。我們加載了 /proc?read?和?write?函數(shù)（如清單 9 和清單 10 所示），并確定這個模塊的所有者。cleanup?函數(shù)簡單地從 /proc 文件系統(tǒng)中刪除這一項，然后釋放?cookie_pot?所占據(jù)的內(nèi)存。

cookie_pot?是一個固定大小（4KB）的頁，它使用兩個索引進行管理。第一個是?cookie_index，標識了要將下一個 cookie 寫到哪里去。變量next_fortune?標識了下一個 cookie 應(yīng)該從哪里讀取以便進行輸出。在所有的 fortune 項都讀取之后，我們簡單地回到了?next_fortune。

清單 9. 模塊的 init/cleanup 和變量

#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/proc_fs.h> #include <linux/string.h> #include <linux/vmalloc.h> #include <asm/uaccess.h> MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_DESCRIPTION("Fortune Cookie Kernel Module"); MODULE_AUTHOR("M. Tim Jones"); #define MAX_COOKIE_LENGTH PAGE_SIZE static struct proc_dir_entry *proc_entry; static char *cookie_pot; // Space for fortune strings static int cookie_index; // Index to write next fortune static int next_fortune; // Index to read next fortune int init_fortune_module( void ) {int ret = 0;cookie_pot = (char *)vmalloc( MAX_COOKIE_LENGTH );if (!cookie_pot) {ret = -ENOMEM;} else {memset( cookie_pot, 0, MAX_COOKIE_LENGTH );proc_entry = create_proc_entry( "fortune", 0644, NULL );if (proc_entry == NULL) {ret = -ENOMEM;vfree(cookie_pot);printk(KERN_INFO "fortune: Couldn't create proc entry\n");} else {cookie_index = 0;next_fortune = 0;proc_entry->read_proc = fortune_read;proc_entry->write_proc = fortune_write;proc_entry->owner = THIS_MODULE;printk(KERN_INFO "fortune: Module loaded.\n");}}return ret; } void cleanup_fortune_module( void ) {remove_proc_entry("fortune", &proc_root);vfree(cookie_pot);printk(KERN_INFO "fortune: Module unloaded.\n"); } module_init( init_fortune_module ); module_exit( cleanup_fortune_module );

向這個罐中新寫入一個 cookie 非常簡單（如清單 10 所示）。使用這個寫入 cookie 的長度，我們可以檢查是否有這么多空間可用。如果沒有，就返回?-ENOSPC，它會返回給用戶空間。否則，就說明空間存在，我們使用?copy_from_user?將用戶緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)直接拷貝到?cookie_pot中。然后增大?cookie_index（基于用戶緩沖區(qū)的長度）并使用 NULL 來結(jié)束這個字符串。最后，返回實際寫入?cookie_pot?的字符的個數(shù)，它會返回到用戶進程。

清單 10. 對 fortune 進行寫入操作所使用的函數(shù)

ssize_t fortune_write( struct file *filp, const char __user *buff,unsigned long len, void *data ) {int space_available = (MAX_COOKIE_LENGTH-cookie_index)+1;if (len > space_available) {printk(KERN_INFO "fortune: cookie pot is full!\n");return -ENOSPC;}if (copy_from_user( &cookie_pot[cookie_index], buff, len )) {return -EFAULT;}cookie_index += len;cookie_pot[cookie_index-1] = 0;return len; }

對 fortune 進行讀取也非常簡單，如清單 11 所示。由于我們剛才寫入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)（page）已經(jīng)在內(nèi)核空間中了，因此可以直接對其進行操作，并使用?sprintf?來寫入下一個 fortune。如果?next_fortune?索引大于?cookie_index（要寫入的下一個位置），那么我們就將next_fortune?返回為 0，這是第一個 fortune 的索引。在將這個 fortune 寫入用戶緩沖區(qū)之后，在?next_fortune?索引上增加剛才寫入的 fortune 的長度。這樣就變成了下一個可用 fortune 的索引。這個 fortune 的長度會被返回并傳遞給用戶。

清單 11. 對 fortune 進行讀取操作所使用的函數(shù)

int fortune_read( char *page, char **start, off_t off,int count, int *eof, void *data ) {int len;if (off > 0) {*eof = 1;return 0;}/* Wrap-around */if (next_fortune >= cookie_index) next_fortune = 0;len = sprintf(page, "%s\n", &cookie_pot[next_fortune]);next_fortune += len;return len; }

從這個簡單的例子中，我們可以看出通過 /proc 文件系統(tǒng)與內(nèi)核進行通信實際上是件非常簡單的事情?，F(xiàn)在讓我們來看一下這個 fortune 模塊的用法（參見清單 12）。

清單 12. 展示 fortune cookie LKM 的用法

[root@plato]# insmod fortune.ko [root@plato]# echo "Success is an individual proposition. Thomas Watson" > /proc/fortune [root@plato]# echo "If a man does his best, what else is there? Gen. Patton" > /proc/fortune [root@plato]# echo "Cats: All your base are belong to us. Zero Wing" > /proc/fortune [root@plato]# cat /proc/fortune Success is an individual proposition. Thomas Watson [root@plato]# cat /proc/fortune If a man does his best, what else is there? General Patton [root@plato]#

/proc 虛擬文件系統(tǒng)可以廣泛地用來報告內(nèi)核的信息，也可以用來進行動態(tài)配置。我們會發(fā)現(xiàn)它對于驅(qū)動程序和模塊編程來說都是非常完整的。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的(转)使用 /proc 文件系统来访问 Linux 内核的内容的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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