目录:
概述
◆ /proc/目录简介
◆ procfs的实现
后记
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概述:
进程文件系统 -- procfs -- 允许像管理文件那样直接管理内核进程。
进程文件系统，procfs，是一个伪文件系统，提供了内核进程表的文件系统接口，
Jim Mauro 在这里概要介绍了procfs。
翻译本文的目的在于编写64-bit下的SLKM，欢迎对此感兴趣的朋友交流。
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◆ /proc/目录简介
进程文件系统，procfs，是一个伪文件系统，它允许对一些非传统意义上的文件
通过标准文件I/O接口进行访问。procfs将Solaris内核进程架构进行了抽象，比如当前系统中所有运行着的进程会在/proc/目录下有所体现。系统中每个进程对应/proc/目录下的一个子目录，子目录名即相应进程号(PID)，所有进程号子目录构成了/proc/目录的全部内容。
许多提供进程数据和控制点的内核数据结构在/proc//子目录下有相应反映，
比如，多线程进程中每个LWP的相关数据和控制结构体现在/proc//lwp/
中。 /proc/目录下的对象不是真实磁盘文件，这些对象位于内核内存中，用户执行ls(1)命令显示/proc/目录结构时，系统读取内核内存并返回相应内容。
通过/proc，相对简便地就可以获取进程信息，比如进程执行环境、内核资源利
用率。进程控制和procfs直接相关，procfs最初的设计目的很简单，就是为编写调试器提供一组接口，现在已经有了相当大的改进。
Solaris系统在/usr/proc/bin/目录下提供了一组工具从/proc中析取进程信息，
同时可以进行简单的进程控制。可以参看proc(1)手册页。进程状态命令ps(1)也利用了procfs接口。
下面列举可以通过/proc文件系统获取的控制和信息数据，关于这些文件的详细
信息参看proc(4)手册页。
/proc -- procfs的根目录
/proc/ -- 某一确定进程的根目录，进程PID正是子目录名
/proc//as -- 进程地址空间，即struct proc结构中p_as成员。换句话说，进
程地址空间以/proc//as文件的形式展现出来，通过这个伪文件系统接口可以访
问相应进程地址空间。
struct as * p_as; /* 进程地址空间指针 */
# ls -l /proc/53/as
-rw------- 1 root root 1458176 2月 8 17:34 /proc/53/as
struct proc结构定义在/usr/include/sys/proc.h文件中。
/proc//ctl -- 一个进程控制文件。可以只写打开该文件，然后给相应进程发
送控制信息。可以停止、启动进程，设置进程停止于某一特殊事件。这演示了procfs的强大和便捷。进程控制、事件跟踪可以通过打开相应进程的控制文件完成，只需要写入期待行为的控制信息。参看proc(4)手册了解控制信息和控制函数的详细介绍。
/proc//status -- 进程状态信息。对应/usr/include/sys/procfs.h文件里定
义的struct pstatus结构。proc(4)手册页里也有描述。这个结构中有一个成员
lwpstatus_t pr_lwp; /* status of the representative lwp */
该成员对应一个有代表性的LWP(轻量级进程)。单线程进程只有一个LWP，很容易选定这个有代表性的LWP。那些多线程进程通常有多个LWPs，一个内核函数遍历当前进程的所有LWPs，根据他们的状态选取这个有代表性的LWP。首先选取正在执行中的LWP，如果不存在这样的LWP，按照可运行、休眠、停止的顺序选取LWP。
/proc//lstatus -- lwpstatus结构数组，进程中每个LWP对应一个lwpstatus结构。struct lwpstatus结构定义在/usr/include/sys/procfs.h文件中。
/proc//psinfo -- 类似ps(1)命令提供的进程信息。对应struct psinfo结构，
类似struct pstatus结构，struct psinfo结构中有一个成员
lwpsinfo_t pr_lwp; /* information for representative lwp */
该成员的对应一个有代表性的LWP。
/proc//lpsinfo -- lwpsinfo结构数组，进程中每个LWP对应一个lwpsinfo结构
/proc//map -- 地址空间映射信息，可以用pmap(1)命令显示这些数据信息。
/proc//rmap -- 进程中保留地址空间段。用pmap -r命令显示这些数据信息。
/proc//xmap -- 扩展地址空间映射信息。用pmap -x命令显示这些数据信息。
/proc//cred -- 进程身份验证信息，对应/usr/include/sys/procfs.h文件中
定义的struct prcred结构。
/proc//sigact -- sigaction结构数组，描述和本进程相关的所有信号设置。
struct sigaction结构定义在/usr/include/sys/signal.h文件中。
/proc//auxv -- auxv_t结构数组，包含进程执行时传递给动态链接器的初始值。
auxv_t结构定义在/usr/include/sys/auxv.h文件中。
/proc//ldt -- 局部描述符表(LDT)，仅存于Intel x86架构。
/proc//usage -- 进程资源利用率的相关数据，对应struct prusage结构，该
结构定义在/usr/include/sys/procfs.h文件中。
/proc//lusage -- prusage结构数组，对应各个LWP资源利用状况。
/proc//pagedata -- 进程地址空间的另外一种表现方式，可以用于跟踪页面级
的引用和修改。参看struct prpageheader结构定义。
/proc//watch -- prwatch结构数组。通过写控制文件/proc//ctl可以设
置PCWATCH操作，此时建立该文件。允许监视一个或多个地址空间范围，当访问这些
被监视页面时，产生一次陷入。
scz注：这个功能和SoftIce的BPR功能类似，adb支持这种陷入，不知是否利用了
procfs
/proc//cwd -- 到进程当前工作目录的符号链接
/proc//root -- 到进程根目录的符号链接(和上面那个什么区别)
/proc//fd -- 这是一个子目录，包含进程打开的文件句柄
/proc//fd/nn -- 对应进程打开的某个确定的文件句柄
/proc//object -- 这是一个子目录，包含进程相关的可执行文件以及动态链接
库。
/proc//object/nn -- 二进制目标文件。进程对应的可执行文件名为a.out，其
余是进程相关的动态链接库文件。
object目录提供的信息是进程级的，每个/proc//目录有一个lwp子目录，提供
了LWP级的信息：
/proc//lwp -- 这是一个子目录，包含进程中所有LWPs的信息
/proc//lwp/ -- 这是一个子目录，包含对应lwpid的LWP信息
/proc//lwp//lwpctl -- 一个控制文件，通过它可以在LWP级上针对每
个LWP发布控制操作
/proc//lwp//lwpstatus -- LWP状态信息，对应lwpstatus结构，该结
构定义在/usr/include/sys/procfs.h文件中
/proc//lwp//lwpsinfo -- 对应lwpsinfo结构，同样定义在
/usr/include/sys/procfs.h文件中
/proc//lwp//lwpusage -- LWP资源利用信息，对应prusage结构
/proc//lwp//xregs -- 这个文件是处理器架构相关的，某些平台上可
能没有这个文件。对于SPARC系统，这个文对应/usr/include/sys/procfs_isa.h文件中定义的prxregset结构。
/proc//lwp//gwindows -- 常规寄存器窗口。这个文件仅存于SPARC架
构的系统，描述LWP使用的常规寄存器组(硬件上下文的一部分)，对应gwindows结构，该结构定义在/usr/include/sys/regset.h文件中。
/proc//lwp//asrs -- 辅助寄存器组，仅存于SPARC V9(UltraSPARC)架
构，专为SPARC V9架构定义的一组额外的硬件寄存器，要求sun4u、64-bit内核(Solaris 7及其后续版本)、64-bit进程。注意，64-bit内核可以运行32-bit进程，但是32-bit进程没有这样一个文件与之对应。
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◆ procfs的实现
procfs是通过动态可加载内核模块的方式实现的。系统启动时自动加载
/kernel/fs/procfs，/etc/vfstab文件中存在缺省/proc入口，系统启动过程中/proc将被mount上来。mount过程中将调用procfs的prinit()和prmount()函数，它们为procfs初始化vfs(虚拟文件系统)结构，为根目录/proc/创建并初始化一个vnode。vfs结构定义在/usr/include/sys/vfs.h文件中，vnode结构定义在/usr/include/sys/vnode.h文件中。
/proc目录所涉及的内核内存空间绝大部分是动态分配的。但是系统支持的最大
进程数(可以通过/etc/system的max_nprocs参数配置)决定了/proc下子目录插槽数目，这个是静态分配初始化的。内核变量procdir是一个指向procent结构数组的指针，每个procent结构对应一个procfs目录入口，procent结构数组元素数量源自系统启动时初始化的v.v_proc变量的值，也就是系统支持的最大进程数。
scz注：在Solaris Kernel Hacking过程中，应该习惯使用下面这两种命令，很多未公开内核数据结构在/usr/include下的头文件中有相当体现，然后利用nm命
令确认当前内核正在使用这些内核数据结构或者内核函数。
# find /usr/include -name "*" | xargs grep -i "procdir"
# /usr/ccs/bin/nm -x /dev/ksyms | grep -i "|procdir"
[1433] |0x0000104570d0|0x000000000008|OBJT |LOCL |0 |ABS |procdir
# /usr/ccs/bin/nm -x /dev/ksyms | grep -i "|v$"
[8741] |0x00001041e1f4|0x00000000003c|OBJT |GLOB |0 |ABS |v
[6634] |0x00001041e1f4|0x00000000003c|OBJT |GLOB |0 |ABS |v
每个procent结构中pe_proc成员指向对应的proc结构，pe_next成员指向数组的下一个元素(scz:不但是数组，也形成链表)。整个procdir数组由进程PID结构的pid_prslot成员索引。创建进程时(fork())系统在procdir数组中为之分配一个元素，参看图1。
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+--------+ +---->+---------+<----procdir(procent结构数组)
| proc |<-----------------------|-----| pe_proc |
| | | | pe_next |--+ 0
| p_pidp |----> +------------+ | +---------+ | |
内 +--------+ | pid_prslot |----+ | pe_proc |<-+ |
| ^ | pid_id | | pe_next |--+ |
核 V | +------------+ +---------+ | |
+--------+ | pe_proc |<-+ |
进 | proc | | pe_next |--+ |
| | +---->+---------+ | |
程 | p_pidp |----> +------------+ | | pe_proc |<-+ |
+--------+ | pid_prslot |----+ | pe_next |--+ |
表 | ^ | pid_id | +---------+ | |
V | +------------+ +-----| pe_proc |<-+ |
+--------+ | | pe_next | |
| proc |<-----------------------+ +---------+ |
| | | | |
| p_pidp | | | V
+--------+ | | v.v_proc
图1. 进程PID结构的pid_prslot成员用于索引procdir数组
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下面是在我的Sun工作站上找到的相应头文件内容：
/usr/include/sys/proc.h
struct proc
{
struct proc * p_next; /* active chain link next */
struct proc * p_prev; /* active chain link prev */
struct pid * p_pidp; /* process ID info */
struct vnode * p_trace; /* pointer to primary /proc vnode */
struct vnode * p_plist; /* list of /proc vnodes for process */
}
/* process ID info */
struct pid
{
unsigned int pid_prslot :24;
pid_t pid_id;
};
procfs内核代码描述了procfs目录入口的精确格式，这个格式以典型的磁盘文件
系统为模板，内核中每个入口对应一个目录名。目录入口包含在目录中的偏移(第几个入口)、长度域以及inode号。/proc下文件对象的inode号源自文件对象类型和进程号。注意，/proc目录入口不会出现在目录名搜索缓存中，根据定义，/proc目录入口总是位于物理内存中(不会被扇出？)。
因为procfs是一个文件系统，它构建在虚拟文件系统VFS和Solaris vnode构架之上，文件系统实例作为一个VFS对象存在，其中的文件通过vnode描述。procfs创建VFS和vnode结构，通过它们可以针对procfs进行文件系统相关操作，比如mount和umount，可以针对/proc目录及文件对象进行open、read和write操作。
除了VFS和vnode结构，procfs实现中主要定义了两个数据结构用于描述/proc目录下文件对象。第一个是prnode结构(/usr/include/sys/proc/prdata.h)，描述那些最终链接到vnode的文件系统相关数据。内核UFS实现定义了一个inode做为描述一个UFS文件的文件系统相关数据结构，类似的，内核procfs实现定义了一个prnode描述一个procfs文件。/proc目录下的每个文件有一个vnode和prnode对应。
第二个是prcommon结构，遍布整个/proc目录结构，换句话说，每个/proc/
和/proc//lwp/目录本身都对应一个prcommon结构，但是这些目录下的
文件对象并没有对应一个prcommon结构，因为访问这些文件对象时必然与一个确定的进程或者LWP相关。prcommon结构对这些目录下的文件对象共性进行抽象。prnode和prcommon结构定义在/usr/include/sys/proc/prdata.h文件中。参看图2。
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/proc
\
\ prnode prcommon
+--+ +--+
+---------------------------------+ | | | |
| | +--+ +--+
| |
| +------------------------------------------------------+
| prnode prcommon | prnode prnode prnode per-process |
lwp +--+ +--+ | as +--+ cred +--+ psinfo +--+ ... file objects |
/ | | | | | | | | | | | |
/ +--+ +--+ | +--+ +--+ +--+ |
/ prnode prcommon +------------------------------------------------------+
+--+ +--+
\ | | | |
\ +--+ +--+
\
+-------------------------------------------------------------------------------+
| prnode prnode prnode prnode per-lwp |
| lwpctl +--+ lwpinfo +--+ lwpstatus +--+ lwpusage +--+ ... file objects |
| | | | | | | | | |
| +--+ +--+ +--+ +--+ |
+-------------------------------------------------------------------------------+
图2. prnode和prcommon结构定义
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每个进程有自己的主/proc vnode(就是说这个vnode对应/proc/文件)，进程中
每个LWP有自己的vnode对应/proc//lwp/文件，参看图3。
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回指到proc结构
<-------------+
prnode prcommon |
+-------------+ +->+-------------+ +->+----------+ procdir |
| proc | | | pr_next ----|--+ | | prc_slot ---->+---------+ |
| structure | /proc | | pr_common --|--|-+ +----------+ | pe_proc --+
| +---------+ | /| | pr_files ---|--|----------------+ | pe_next |
| | | | vnode | | pr_vnode | | | +------
