procfs

在許多類 Unix 電腦系統中， procfs 是 行程 檔案系統 (file system) 的縮寫，包含一個偽檔案系統（啟動時動態生成的檔案系統），用於通過內核訪問行程資訊。這個檔案系統通常被掛載到 /proc 目錄。由於 /proc 不是一個真正的檔案系統，它也就不佔用儲存空間，只是佔用有限的主記憶體。

以下作業系統支援 procfs :

• Solaris
• BSD
• Linux（將此概念擴充到了非行程相關數據）
• IBM AIX （其實現基於Linux以提高相容性）
• QNX
• 貝爾實驗室九號計劃（此概念之源頭）

歷史

UNIX 8

Tom J. Killian 實現了 UNIX 8 版本的 /proc：他1984年6月向 USENIX 提交了一份題為 "Processes as Files" 的論文。procfs 的設計目標是用來替代進行行程跟蹤的 ptrace 系統呼叫。 詳細文件請參考當時的 proc(4) 用戶手冊^[1]。

SVR4

Roger Faulkner 和 Ron Gomes 將 Unix 8 的 /proc 移植到了 SVR4，並在1991年1月的 USENIX 上發表了一篇題為 "The Process File System and Process Model in UNIX System V" 的論文。 此類 procfs 在功能上已經足夠實現 ps 命令了， 但是其中的檔案只能通過 read()、 write() 和 ioctl() 系統呼叫來訪問。從1995到1996年， Roger Faulkner 又為 Solaris 2.6 編寫了 procfs-2 介面， 提供了一個結構化的， 基於子目錄的 /proc 檔案系統。

Plan 9

Plan 9 實現了一個行程檔案系統，但比 V8 做得更多。V8 的行程檔案系統中，對一個行程相關的所有函數都在一個檔案進行操作。九號計劃使用單獨的檔案，提供這些函數，使得 /proc 成為檔案系統真正的一部分。

4.4BSD

4.4BSD 從 Plan 9 復刻了 /proc 的實現。然而從2011年2月開始， FreeBSD 逐步淘汰了 procfs ^[2]，轉而使用sysctl介面來取得行程相關資訊。預設安裝的 base 系統不依賴 procfs，FreeBSD 原生 ports 也不再依賴 procfs。macOS則完全棄用了procfs，只支援sysctl介面。^[3]

為了提供對Linux用戶空間程式的二進制相容性，FreeBSD內核也提供類似於 Linux /proc/ 的linprocfs。^[4]

Solaris

Solaris 從一開始就提供對 /proc 的支援。 在1996年， Solaris 2.6 引入了由 Roger Faulkner 編寫的 procfs2 。

Linux

Linux中的 /proc實現也克隆了 九號計劃 中對應的部分。

每個正在執行的行程對應於/proc下的一個目錄，目錄名就是行程的PID，每個目錄包含:

• /proc/PID/cmdline, 啟動該行程的命令列.
• /proc/PID/cwd, 當前工作目錄的符號連結.
• /proc/PID/environ 影響行程的環境變數的名字和值.
• /proc/PID/exe, 最初的可執行檔案的符號連結, 如果它還存在的話。
• /proc/PID/fd, 一個目錄，包含每個打開的檔案描述子的符號連結.
• /proc/PID/fdinfo, 一個目錄，包含每個打開的檔案描述子的位置和標記
• /proc/PID/maps, 一個文字檔案包含主記憶體對映檔案與塊的資訊。
• /proc/PID/mem, 一個二進制圖像(image)表示行程的虛擬記憶體, 只能通過ptrace（英語：ptrace）化行程訪問.
• /proc/PID/root, 該行程所能看到的根路徑的符號連結。如果沒有chroot監獄，那麼行程的根路徑是/.
• /proc/PID/status包含了行程的基本資訊，包括執行狀態、主記憶體使用。
• /proc/PID/task, 一個目錄包含了硬連結到該行程啟動的任何任務

(用戶可以獲得PID使用工具如pgrep, pidof或ps:

$ ls -l /proc/$(pgrep -n python)/fd        # List all file descriptors of the most recently started `python' process
samtala 0
lrwx------ 1 baldur baldur 64 2011-03-18 12:31 0 -> /dev/pts/3
lrwx------ 1 baldur baldur 64 2011-03-18 12:31 1 -> /dev/pts/3
lrwx------ 1 baldur baldur 64 2011-03-18 12:31 2 -> /dev/pts/3
$ readlink /proc/$(pgrep -n python)/exe    # List executable used to launch the most recently started `python' process  
/usr/bin/python3.1

)

Linux 2.6把 /proc 下大量的非進程相關的系統資訊移動到一個專門的偽檔案系統，稱為 sysfs（該檔案系統是掛載到 /sys 上面）:

• 電源管理系統（如果有的話）對應的目錄/proc/acpi或/proc/apm
• /proc/buddyinfo, 資訊關於夥伴主記憶體分配器（英語：Buddy memory allocation）用於處理主記憶體碎片。^[5]
• /proc/bus, 包含對應於電腦上各種匯流排的目錄, 如input/PCI/USB. 在/sys/bus下包含更豐富的資訊。
• /proc/fb, 可利用的幀緩衝的列表
• /proc/cmdline, 傳遞給內核的啟動選項。
• /proc/cpuinfo, 包含CPU資訊, 諸如廠商（vendor），型號 (family, model，model names), 速度, 快取大小, 邏輯核數 , 物理核數, CPU flags，以及BogoMips.對於多核CPU，/proc/cpuinfo的邏輯核數"siblings"與物理核數"cpu cores"分別表示:^[6]

"siblings" = (HT per CPU package) * (# of cores per CPU package)
"cpu cores" = (# of cores per CPU package)

CPU package是指單獨封裝的一顆CPU。這可以區分超線程與雙核，例如每顆CPU超線程數量為siblings / CPU cores. 如果二者的值相等，則CPU不支援超線程.^[7]

• /proc/crypto, 可利用的加密模組列表
• /proc/devices, 字元裝置與塊裝置列表，按照裝置ID排序，但給出了/dev名字的主要部分
• /proc/diskstats, 給出了每一塊邏輯磁碟裝置的一些資訊
• /proc/filesystems, 當前時刻內核支援的檔案系統的列表
• /proc/interrupts, /proc/iomem, /proc/ioports, /proc/irq, 裝置的一些與中斷、主記憶體訪問有關的資訊
• /proc/kmsg, 用於跟蹤讀取內核訊息 ^[8]
• /proc/meminfo, 包含內核管理主記憶體的一些匯總資訊
• /proc/modules, 是/proc最重要的檔案之一, 包含了當前載入的內核模組列表
• /proc/mounts, 包含了當前安裝裝置及安裝點的符號連結
• /proc/net/, 一個目錄包含了當前網絡棧的資訊，特別是/proc/net/nf_conntrack列出了存在的網絡連接(對跟蹤路由特別有用，因為iptables轉發被用於重新導向網絡連接)
• /proc/partitions, 一個裝置號、尺寸與/dev名的列表，內核用於辨別已存在的硬碟分區
• /proc/scsi, 給出任何通過SCSI或RAID控制器掛接的裝置的資訊
• /proc/self (即/proc/PID/其中行程ID是當前行程的) 為當前行程的符號連結
• /proc/slabinfo, Linux內核頻繁使用的對象的統計資訊
• /proc/swaps, 活動交換分區的資訊，如尺寸、優先級等。
• /proc/sys，動態可組態的內核選項. 其下的目錄對應與內核區域，包含了可讀與可寫的虛擬檔案（virtual file）.
• /proc/sysvipc, 包括共用主記憶體與行程間通訊 (IPC)資訊
• /proc/tty, 包含當前終端資訊; /proc/tty/driver是可利用的tty類型列表，其中的每一個是該類型的可用裝置列表。
• /proc/uptime, 內核啟動後經過的秒數與idle模式的秒數
• /proc/version, 包含Linux內核版本，發佈號（distribution number）, 編譯內核的gcc版本，其他相關的版本
• 其他檔案依賴於不同的硬件，模組組態與內核改變

Linux下使用 /proc 的基本工具是 procps (/proc processes) 中的程式，這個程式只對 procfs 具有意義。procfs 對部分功能從核心態移到用戶態的過程中產生重大的意義。像是 GNU 版本的 ps 只需在用戶態底下運作透過 procfs 取得資料便可以完成所有的工作。

相關命令：

• sysctl
• lsdev 收集相關裝置的DMA, IRQ, I/O埠資訊並匯總顯示
• procinfo

Cygwin

Cygwin實現的 /proc 與Linux基本一致。

Cobalt

外部連結

• A MacFUSE-Based Process File System for Mac OS X（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Access the Linux kernel using the Procfs（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） An IBM developerWorks article by M. Tim Jones
• Linux-Filesystem-Hierarchy（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Linux Documentation Project

參考

1. proc(4) manual page. [2011-01-05]. （原始內容存檔於2012-02-19）.
2. procfs：已是过去式但仍未被遗忘. [2011-03-21]. （原始內容存檔於2011-04-05）.
3. Amit Singh. /proc on Mac OS X. Mac OS X Internals: The Book. 2003 [2021-07-10]. （原始內容存檔於2012-05-04）.
4. linprocfs(5). FreeBSD Manual Pages. The FreeBSD Project. 2019-11-13 [2021-06-12]. （原始內容存檔於2021-06-12） （英語）.
5. 3.2.2. /proc/buddyinfo. centos.org. [2016-10-02]. （原始內容存檔於2013-09-02）.
6. Baron, Jason. HT vs. dual-core. [2016-10-02]. （原始內容存檔於2016-05-13）.
7. Understanding Linux /proc/cpuinfo. richweb.com. [2015-04-21]. （原始內容存檔於2012-04-03）.
8. Nguyen, Binh. Linux Filesystem Hierarchy. Binh Nguyen: 63. 2004-07-30 [2016-07-18]. （原始內容存檔於2016-12-14）. /proc/kmsg[:] Messages output by the kernel. These are also routed to syslog.

• Red Hat, Inc. Tips & Tricks Featured Article: /proc/meminfo Explained, March 2003.（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）