Linux驅(qū)動開發(fā)-proc接口介紹

【摘要】 Linux系統(tǒng)上的/proc目錄是一種文件系統(tǒng)，即proc文件系統(tǒng)。 與其它常見的文件系統(tǒng)不同的是，/proc是一種偽文件系統(tǒng)（也即虛擬文件系統(tǒng)），存儲的是當前內(nèi)核運行狀態(tài)的一系列特殊文件，用戶可以通過這些文件查看有關系統(tǒng)硬件及當前正在運行進程的信息，甚至可以通過更改其中某些文件來改變內(nèi)核的運行狀態(tài)。

1. 前言

Linux系統(tǒng)上的/proc目錄是一種文件系統(tǒng)，即proc文件系統(tǒng)。

與其它常見的文件系統(tǒng)不同的是，/proc是一種偽文件系統(tǒng)（也即虛擬文件系統(tǒng)），存儲的是當前內(nèi)核運行狀態(tài)的一系列特殊文件，用戶可以通過這些文件查看有關系統(tǒng)硬件及當前正在運行進程的信息，甚至可以通過更改其中某些文件來改變內(nèi)核的運行狀態(tài)。

當前的實驗平臺是嵌入式Linux開發(fā)板，根文件系統(tǒng)掛載成功后，進入命令就能看到proc目錄，這個目錄里正常情況下已經(jīng)生成了很多文件。通過cat命令讀取這些文件，可以得到很多內(nèi)核的信息。

比如：查看中斷有哪些注冊了，中斷從上電到現(xiàn)在響應了多少次，雜項設備注冊了哪些，幀緩沖節(jié)點有哪些，RTC時間查看，等等。

下面是proc目錄下文件的功能的詳細介紹（資源來源與網(wǎng)絡）：

2.1、/proc/apm
高級電源管理（APM）版本信息及電池相關狀態(tài)信息，通常由apm命令使用；

2.2、/proc/buddyinfo
用于診斷內(nèi)存碎片問題的相關信息文件；

2.3、/proc/cmdline
在啟動時傳遞至內(nèi)核的相關參數(shù)信息，這些信息通常由lilo或grub等啟動管理工具進行傳遞；

2.4、/proc/cpuinfo
處理器的相關信息的文件；

2.5、/proc/crypto
系統(tǒng)上已安裝的內(nèi)核使用的密碼算法及每個算法的詳細信息列表；

2.6、/proc/devices
系統(tǒng)已經(jīng)加載的所有塊設備和字符設備的信息，包含主設備號和設備組（與主設備號對應的設備類型）名；

2.7、/proc/diskstats
每塊磁盤設備的磁盤I/O統(tǒng)計信息列表；（內(nèi)核2.5.69以后的版本支持此功能）

2.8、/proc/dma
每個正在使用且注冊的ISA DMA通道的信息列表；

2.9、/proc/execdomains
內(nèi)核當前支持的執(zhí)行域（每種操作系統(tǒng)獨特“個性”）信息列表；

2.10、/proc/fb
幀緩沖設備列表文件，包含幀緩沖設備的設備號和相關驅(qū)動信息；

2.11、/proc/filesystems
當前被內(nèi)核支持的文件系統(tǒng)類型列表文件，被標示為nodev的文件系統(tǒng)表示不需要塊設備的支持；通常mount一個設備時，如果沒有指定文件系統(tǒng)類型將通過此文件來決定其所需文件系統(tǒng)的類型；

2.12、/proc/interrupts
X86或X86_64體系架構(gòu)系統(tǒng)上每個IRQ相關的中斷號列表；多路處理器平臺上每個CPU對于每個I/O設備均有自己的中斷號；

2.13、/proc/iomem
每個物理設備上的記憶體（RAM或者ROM）在系統(tǒng)內(nèi)存中的映射信息；

2.14、/proc/ioports
當前正在使用且已經(jīng)注冊過的與物理設備進行通訊的輸入-輸出端口范圍信息列表；如下面所示，第一列表示注冊的I/O端口范圍，其后表示相關的設備；

2.15、/proc/kallsyms
模塊管理工具用來動態(tài)鏈接或綁定可裝載模塊的符號定義，由內(nèi)核輸出；（內(nèi)核2.5.71以后的版本支持此功能）；通常這個文件中的信息量相當大；

2.16、/proc/kcore
系統(tǒng)使用的物理內(nèi)存，以ELF核心文件（core file）格式存儲，其文件大小為已使用的物理內(nèi)存（RAM）加上4KB；這個文件用來檢查內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的當前狀態(tài)，因此，通常由GBD通常調(diào)試工具使用，但不能使用文件查看命令打開此文件；

2.17、/proc/kmsg
此文件用來保存由內(nèi)核輸出的信息，通常由/sbin/klogd或/bin/dmsg等程序使用，不要試圖使用查看命令打開此文件；

2.18、/proc/loadavg
保存關于CPU和磁盤I/O的負載平均值，其前三列分別表示每1秒鐘、每5秒鐘及每15秒的負載平均值，類似于uptime命令輸出的相關信息；第四列是由斜線隔開的兩個數(shù)值，前者表示當前正由內(nèi)核調(diào)度的實體（進程和線程）的數(shù)目，后者表示系統(tǒng)當前存活的內(nèi)核調(diào)度實體的數(shù)目；第五列表示此文件被查看前最近一個由內(nèi)核創(chuàng)建的進程的PID；

2.19、/proc/locks
保存當前由內(nèi)核鎖定的文件的相關信息，包含內(nèi)核內(nèi)部的調(diào)試數(shù)據(jù)；每個鎖定占據(jù)一行，且具有一個惟一的編號；如下輸出信息中每行的第二列表示當前鎖定使用的鎖定類別，POSIX表示目前較新類型的文件鎖，由lockf系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生，F(xiàn)LOCK是傳統(tǒng)的UNIX文件鎖，由flock系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生；第三列也通常由兩種類型，ADVISORY表示不允許其他用戶鎖定此文件，但允許讀取，MANDATORY表示此文件鎖定期間不允許其他用戶任何形式的訪問；

2.20、/proc/mdstat
保存RAID相關的多塊磁盤的當前狀態(tài)信息，在沒有使用RAID機器上，其顯示為如下狀態(tài)：

2.21、/proc/meminfo
系統(tǒng)中關于當前內(nèi)存的利用狀況等的信息，常由free命令使用；可以使用文件查看命令直接讀取此文件，其內(nèi)容顯示為兩列，前者為統(tǒng)計屬性，后者為對應的值；

2.22、/proc/mounts
在內(nèi)核2.4.29版本以前，此文件的內(nèi)容為系統(tǒng)當前掛載的所有文件系統(tǒng)，在2.4.19以后的內(nèi)核中引進了每個進程使用獨立掛載名稱空間的方式，此文件則隨之變成了指向/proc/self/mounts（每個進程自身掛載名稱空間中的所有掛載點列表）文件的符號鏈接；/proc/self是一個獨特的目錄，后文中會對此目錄進行介紹；

2.23、/proc/modules
當前裝入內(nèi)核的所有模塊名稱列表，可以由lsmod命令使用，也可以直接查看；如下所示，其中第一列表示模塊名，第二列表示此模塊占用內(nèi)存空間大小，第三列表示此模塊有多少實例被裝入，第四列表示此模塊依賴于其它哪些模塊，第五列表示此模塊的裝載狀態(tài)（Live：已經(jīng)裝入；Loading：正在裝入；Unloading：正在卸載），第六列表示此模塊在內(nèi)核內(nèi)存（kernel memory）中的偏移量；

2.24、/proc/partitions
塊設備每個分區(qū)的主設備號（major）和次設備號（minor）等信息，同時包括每個分區(qū)所包含的塊（block）數(shù)目（如下面輸出中第三列所示）；

2.25、/proc/pci
內(nèi)核初始化時發(fā)現(xiàn)的所有PCI設備及其配置信息列表，其配置信息多為某PCI設備相關IRQ信息，可讀性不高，可以用“/sbin/lspci –vb”命令獲得較易理解的相關信息；在2.6內(nèi)核以后，此文件已為/proc/bus/pci目錄及其下的文件代替；

2.26、/proc/slabinfo
在內(nèi)核中頻繁使用的對象（如inode、dentry等）都有自己的cache，即slab pool，而/proc/slabinfo文件列出了這些對象相關slap的信息；詳情可以參見內(nèi)核文檔中slapinfo的手冊頁；

2.27、/proc/stat
實時追蹤自系統(tǒng)上次啟動以來的多種統(tǒng)計信息；如下所示，其中，
“cpu”行后的八個值分別表示以1/100（jiffies）秒為單位的統(tǒng)計值（包括系統(tǒng)運行于用戶模式、低優(yōu)先級用戶模式，運系統(tǒng)模式、空閑模式、I/O等待模式的時間等）；
“intr”行給出中斷的信息，第一個為自系統(tǒng)啟動以來，發(fā)生的所有的中斷的次數(shù)；然后每個數(shù)對應一個特定的中斷自系統(tǒng)啟動以來所發(fā)生的次數(shù)；
“ctxt”給出了自系統(tǒng)啟動以來CPU發(fā)生的上下文交換的次數(shù)。
“btime”給出了從系統(tǒng)啟動到現(xiàn)在為止的時間，單位為秒；
“processes (total_forks) 自系統(tǒng)啟動以來所創(chuàng)建的任務的個數(shù)目；
“procs_running”：當前運行隊列的任務的數(shù)目；
“procs_blocked”：當前被阻塞的任務的數(shù)目；

2.28、/proc/swaps
當前系統(tǒng)上的交換分區(qū)及其空間利用信息，如果有多個交換分區(qū)的話，則會每個交換分區(qū)的信息分別存儲于/proc/swap目錄中的單獨文件中，而其優(yōu)先級數(shù)字越低，被使用到的可能性越大；下面是作者系統(tǒng)中只有一個交換分區(qū)時的輸出信息；

2.29、/proc/uptime
系統(tǒng)上次啟動以來的運行時間，如下所示，其第一個數(shù)字表示系統(tǒng)運行時間，第二個數(shù)字表示系統(tǒng)空閑時間，單位是秒；

2.30、/proc/version
當前系統(tǒng)運行的內(nèi)核版本號，在作者的RHEL5.3上還會顯示系統(tǒng)安裝的gcc版本，如下所示；

2.31、/proc/vmstat
當前系統(tǒng)虛擬內(nèi)存的多種統(tǒng)計數(shù)據(jù)，信息量可能會比較大，這因系統(tǒng)而有所不同，可讀性較好；下面為作者機器上輸出信息的一個片段；（2.6以后的內(nèi)核支持此文件）

2.32、/proc/zoneinfo
內(nèi)存區(qū)域（zone）的詳細信息列表，信息量較大

2. 獲取CPU使用率

下面這份代碼是利用/proc/stat文件獲取當前CPU的占用率詳細信息，通過C語言代碼讀取數(shù)據(jù)后，進行分析，處理。

#include 
#include 
#include 

typedef struct cpu_occupy_          //定義一個cpu occupy的結(jié)構(gòu)體
{
    char name[20];                  //定義一個char類型的數(shù)組名name有20個元素
    unsigned int user;              //定義一個無符號的int類型的user
    unsigned int nice;              //定義一個無符號的int類型的nice
    unsigned int system;            //定義一個無符號的int類型的system
    unsigned int idle;              //定義一個無符號的int類型的idle
    unsigned int iowait;
    unsigned int irq;
    unsigned int softirq;
}cpu_occupy_t;

double cal_cpuoccupy (cpu_occupy_t *o, cpu_occupy_t *n)
{
    double od, nd;
    double id, sd;
    double cpu_use ;

    od = (double) (o->user + o->nice + o->system +o->idle+o->softirq+o->iowait+o->irq);//第一次(用戶+優(yōu)先級+系統(tǒng)+空閑)的時間再賦給od
    nd = (double) (n->user + n->nice + n->system +n->idle+n->softirq+n->iowait+n->irq);//第二次(用戶+優(yōu)先級+系統(tǒng)+空閑)的時間再賦給od

    id = (double) (n->idle);    //用戶第一次和第二次的時間之差再賦給id
    sd = (double) (o->idle) ;    //系統(tǒng)第一次和第二次的時間之差再賦給sd
    if((nd-od) != 0)
        cpu_use =100.0 - ((id-sd))/(nd-od)*100.00; //((用戶+系統(tǒng))乖100)除(第一次和第二次的時間差)再賦給g_cpu_used
    else 
        cpu_use = 0;
    return cpu_use;
}

void get_cpuoccupy (cpu_occupy_t *cpust)
{
    FILE *fd;
    int n;
    char buff[256];
    cpu_occupy_t *cpu_occupy;
    cpu_occupy=cpust;

    fd = fopen ("/proc/stat", "r");
    if(fd == NULL)
    {
            perror("fopen:");
            exit (0);
    }
    fgets (buff, sizeof(buff), fd);

    sscanf (buff, "%s %u %u %u %u %u %u %u", cpu_occupy->name, &cpu_occupy->user, &cpu_occupy->nice,&cpu_occupy->system, &cpu_occupy->idle ,&cpu_occupy->iowait,&cpu_occupy->irq,&cpu_occupy->softirq);

    fclose(fd);
}

double get_sysCpuUsage()
{
    cpu_occupy_t cpu_stat1;
    cpu_occupy_t cpu_stat2;
    double cpu;
    get_cpuoccupy((cpu_occupy_t *)&cpu_stat1);
    sleep(1);
    //第二次獲取cpu使用情況
    get_cpuoccupy((cpu_occupy_t *)&cpu_stat2);

    //計算cpu使用率
    cpu = cal_cpuoccupy ((cpu_occupy_t *)&cpu_stat1, (cpu_occupy_t *)&cpu_stat2);

    return cpu;
}

int main(int argc,char **argv)
{
    while(1)
    {
        printf("CPU占用率:%f\n",get_sysCpuUsage());
    }
    return 0;
}

3. proc驅(qū)動相關接口

Proc文件接口，主要用于驅(qū)動代碼調(diào)試，獲取內(nèi)核信息，可以直接使用cat命令訪問proc目錄下的對應文件接口即可。

需要使用的頭文件:

#include 
#include 

下面介紹內(nèi)核里proc接口實現(xiàn)的相關函數(shù)接口：

1.	在proc目錄下創(chuàng)建子目錄函數(shù)
static inline struct proc_dir_entry *proc_mkdir(const char *name,struct proc_dir_entry *parent)
示例: //注意只能創(chuàng)建單層目錄
//在proc目錄下創(chuàng)建aaa文件夾
proc_mkdir("aaa",NULL);

2.	在proc目錄下創(chuàng)建文件
static inline struct proc_dir_entry *proc_create(const char *name,    //文件名稱
umode_t mode,      //模式，默認為0
struct proc_dir_entry *parent,   //父目錄結(jié)構(gòu)
const struct file_operations *proc_fops)  //文件集合
示例:
//在proc目錄下創(chuàng)建一個文件
proc_create("aaa/tiny4412_proc_test", 0, NULL, &fops_proc);

3.	刪除proc目錄下之前創(chuàng)建的文件或者目錄
void remove_proc_entry(const char *name,   //文件的路徑
struct proc_dir_entry *parent  //父目錄結(jié)構(gòu)
)
示例:
remove_proc_entry("aaa/tiny4412_proc_test", NULL);
注意: 如果是刪除目錄，需要先把目錄下的文件刪除掉，每次刪除必須保證目錄是空的。

4. 編寫proc接口測試驅(qū)動

4.1 案例1

下面驅(qū)動代碼注冊之后，會在proc目錄下創(chuàng)建一個tiny4412_proc文件，通過cat讀取這個文件，可以打印驅(qū)動代碼里設置好的信息。驅(qū)動卸載時會刪除這個tiny4412_proc文件。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

static int tiny4412_open(struct inode *inode, struct file *file)
{   
    printk("tiny4412_open ok\n");
    return 0;
}

static ssize_t tiny4412_read(struct file *file, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *loff)
{
    copy_to_user(buf,"123456",6);
    printk("tiny4412_read調(diào)用成功.\n");
    return 0;
}

static int tiny4412_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    return 0;
}

static struct file_operations tiny4412_fops=
{
    .open=tiny4412_open,
    .read=tiny4412_read,
    .release=tiny4412_release,
};

static int __init tiny4412_init(void)
{
    proc_mkdir("wbyq",0);
    /*創(chuàng)建內(nèi)核接口: proc  存放內(nèi)核信息*/
    proc_create("wbyq/tiny4412_proc",0, NULL, &tiny4412_fops);
    
    printk("驅(qū)動安裝成功.\n");
    return 0;
}

static void __exit tiny4412_exit(void)
{
    remove_proc_entry("wbyq/tiny4412_proc", NULL);
    remove_proc_entry("wbyq", NULL);
    printk("驅(qū)動卸載成功.\n");
}

/*驅(qū)動的入口:insmod xxx.ko*/
module_init(tiny4412_init);
/*驅(qū)動的出口: rmmod xxx.ko*/
module_exit(tiny4412_exit);
/*模塊的許可證*/
MODULE_LICENSE("GPL");
/*模塊的作者*/
MODULE_AUTHOR("wbyq");

4.2 案例2

下面這份代碼是在字符設備框架代碼里增加了proc接口，驅(qū)動安裝之后，會在proc目錄下創(chuàng)建tiny4412_proc文件，通過cat命令讀取tiny4412_proc文件，可以打印出當前主設備號下所有的子設備信息。

#include  
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
static struct class *tiny4412_beep_class;
static unsigned int major=0; //主設備號

static LIST_HEAD(tiny4412_beep_list);   //鏈表頭
static DEFINE_MUTEX(tiny4412_beep_mtx); //互斥鎖

#define DYNAMIC_MINORS 64 /* like dynamic majors */
static DECLARE_BITMAP(beep_minors, DYNAMIC_MINORS);

struct tiny4412_beep_device
{
    int minor;   /*次設備號*/
    const char *name; /*設備節(jié)點的名稱*/
    const struct file_operations *fops; /*文件操作集合*/
    struct list_head list; //鏈表
};

int tiny4412_beep_register(struct tiny4412_beep_device *beep_dev)
{
    struct tiny4412_beep_device *c;
    dev_t dev;
    
    INIT_LIST_HEAD(&beep_dev->list);
    
    mutex_lock(&tiny4412_beep_mtx);

    //查找傳入的次設備號是否沖突
    list_for_each_entry(c, &tiny4412_beep_list, list)
    {
        if(c->minor == beep_dev->minor)
        {
            mutex_unlock(&tiny4412_beep_mtx);
            return -EBUSY;
        }
    }
    
    //自動分配
    if(beep_dev->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) 
    {
        int i = find_first_zero_bit(beep_minors,DYNAMIC_MINORS);
        if (i >= DYNAMIC_MINORS)
        {
            mutex_unlock(&tiny4412_beep_mtx);
            return -EBUSY;
        }
        beep_dev->minor = DYNAMIC_MINORS - i - 1;
        set_bit(i,beep_minors);
    }

    //合成設備號
    dev = MKDEV(major, beep_dev->minor);

    //創(chuàng)建設備節(jié)點
    device_create(tiny4412_beep_class,NULL,dev,NULL,"%s", beep_dev->name);
    
    list_add(&beep_dev->list,&tiny4412_beep_list);
    
    //解鎖
    mutex_unlock(&tiny4412_beep_mtx);
    return 0;
}

int tiny4412_beep_deregister(struct tiny4412_beep_device *beep_dev)
{
    int i = DYNAMIC_MINORS - beep_dev->minor - 1;

    mutex_lock(&tiny4412_beep_mtx);
    list_del(&beep_dev->list);

    //將dev目錄下的文件刪除掉
    device_destroy(tiny4412_beep_class, MKDEV(major, beep_dev->minor));
    if (i < DYNAMIC_MINORS && i >= 0)
        clear_bit(i, beep_minors);
    mutex_unlock(&tiny4412_beep_mtx);
    return 0;
}

EXPORT_SYMBOL_GPL(tiny4412_beep_register); 
EXPORT_SYMBOL_GPL(tiny4412_beep_deregister); 

//底層open函數(shù)
static int tiny4412_beep_open(struct inode * inode, struct file * file)
{
    //得到次設備號
    int minor = iminor(inode);
    
    struct tiny4412_beep_device *c;
    struct file_operations *new_fops,*old_fops;
    mutex_lock(&tiny4412_beep_mtx);
    //遍歷鏈表--找到鏈表里相同的次設備號
    list_for_each_entry(c,&tiny4412_beep_list, list) 
    {
        if (c->minor == minor)
        {
            new_fops = fops_get(c->fops);    //得到47次設備號對應的結(jié)構(gòu)體地址 
            break;
        }
    }
    file->f_op = new_fops; //改變指向--文件操作集合的指向
    if(file->f_op->open)
    {
        file->f_op->open(inode,file);
    }
    fops_put(old_fops);
    mutex_unlock(&tiny4412_beep_mtx);
    return 0;
}

static const struct file_operations tiny4412_beep_fops =
{
    .owner      = THIS_MODULE,
    .open       = tiny4412_beep_open,
};

static ssize_t tiny4412_read(struct file *file, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *loff)
{
    struct tiny4412_beep_device *c;
    //遍歷鏈表--找到鏈表里相同的次設備號
    list_for_each_entry(c,&tiny4412_beep_list, list) 
    {
        printk("%d %s\n",c->minor,c->name);
    }
    return 0;
}

static struct file_operations tiny4412_fops=
{
    .read=tiny4412_read,
};

static int __init tiny4412_beep_class_init(void)
{
    /*1. 創(chuàng)建設備類*/
    tiny4412_beep_class=class_create(THIS_MODULE,"tiny4412_beep");
    /*2. 注冊字符設備*/
    major=register_chrdev(0,"tiny4412_beep",&tiny4412_beep_fops);
    
    proc_mkdir("wbyq",0);
    /*創(chuàng)建內(nèi)核接口: proc  存放內(nèi)核信息*/
    proc_create("wbyq/tiny4412_proc",0, NULL, &tiny4412_fops);
    
    return 0;
}

static void __exit tiny4412_beep_class_cleanup(void)
{
    remove_proc_entry("wbyq/tiny4412_proc", NULL);
    remove_proc_entry("wbyq", NULL);
    
    //注銷設備類
    class_destroy(tiny4412_beep_class);
    //注銷字符設備
    unregister_chrdev(major,"tiny4412_beep");
}

module_init(tiny4412_beep_class_init);
module_exit(tiny4412_beep_class_cleanup);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("wbyq");