TLPI 第12章 读书笔记：System and Process Information
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在本章中，我们研究访问各种系统和进程信息的方法。本章的主要重点是讨论 /proc 文件系统。我们还描述了 uname() 系统调用，该调用用于检索各种系统标识符。
12.1 The /proc File System
在早期的 UNIX 实现中，通常没有简便的方法可以自省地分析（或更改）内核的属性，以回答如下问题：
- 系统上有多少进程在运行，它们的所有者是谁？
- 一个进程打开了哪些文件？
- 当前哪些文件被锁定，哪些进程持有这些锁？
- 系统上使用了哪些套接字？
一些早期的 UNIX 实现通过允许特权程序深入内核内存中的数据结构来解决这个问题。然而，这种方法存在各种问题。特别是，它需要对内核数据结构有专业知识，并且这些结构可能会随内核版本的变化而变化，这就要求依赖这些结构的程序必须被重写。
为了提供更方便的内核信息访问，许多现代 UNIX 实现提供了/proc 虚拟文件系统。该文件系统位于 /proc 目录下，包含各种暴露内核信息的文件，允许进程方便地读取这些信息，并在某些情况下使用普通文件 I/O 系统调用进行更改。/proc 文件系统被称为虚拟文件系统，是因为它包含的文件和子目录并不存储在磁盘上。相反，内核会在进程访问它们时“即时”创建这些文件和目录。
在本节中，我们概述 /proc 文件系统。在后续章节中，我们将描述与每章主题相关的具体 /proc 文件。尽管许多 UNIX 实现提供了 /proc 文件系统，但 SUSv3 并未指定该文件系统；本书描述的细节是特定于 Linux 的。
12.1.1 Obtaining Information About a Process: /proc/PlD
对于系统上的每个进程，内核都会提供一个对应的目录，名为 /proc/PID，其中 PID 是该进程的 ID。在这个目录中有各种文件和子目录，包含关于该进程的信息。例如，我们可以通过查看 /proc/1 目录下的文件来获取关于 init 进程的信息，该进程的进程 ID 始终为 1。
在每个 /proc/PID 目录中的文件中，有一个名为 status 的文件，它提供了关于该进程的一系列信息：
$cat/proc/1/status Name: systemd# Name of command run by this processUmask: 0000 State: S(sleeping)# State of this processTgid:1# Thread group ID (traditional PID, getpid())Ngid:0Pid:1# Actually, thread ID (gettid())PPid:0# Parent process IDTracerPid:0# PID of tracing process (0 if not traced)Uid:0000# Real, effective, saved set, and FS UIDsGid:0000# Real, effective, saved set, and FS GIDsFDSize:128# # of file descriptor slots currently allocatedGroups:# Supplementary group IDsNStgid:1NSpid:1NSpgid:1NSsid:1VmPeak:239548kB# Peak virtual memory sizeVmSize:174012kB# Current virtual memory sizeVmLck:0kB# Locked memoryVmPin:0kB VmHWM:16548kB# Peak resident set sizeVmRSS:16548kB# Current resident set sizeRssAnon:5436kB RssFile:11112kB RssShmem:0kB VmData:21188kB# Data segment sizeVmStk:132kB# Stack sizeVmExe:44kB# Text (executable code) sizeVmLib:12824kB# Shared library code sizeVmPTE:104kB# Size of page table (since 2.6.10)VmSwap:0kB HugetlbPages:0kB CoreDumping:0THP_enabled:1Threads:1# # of threads in this thread’s thread groupSigQ:1/13600# Current/max. queued signals (since 2.6.12)SigPnd: 0000000000000000# Signals pending for threadShdPnd: 0000000000000000# Signals pending for process (since 2.6)SigBlk: 7fe3c0fe28014a03# Blocked signalsSigIgn: 0000000000001000# Ignored signalsSigCgt: 00000001000004ec# Caught signalsCapInh: 0000000000000000# Inheritable capabilitiesCapPrm: 000001ffffffffff# Permitted capabilitiesCapEff: 000001ffffffffff# Effective capabilitiesCapBnd: 000001ffffffffff# Capability bounding set (since 2.6.26)CapAmb: 0000000000000000 NoNewPrivs:0Seccomp:0Seccomp_filters:0Speculation_Store_Bypass: vulnerable SpeculationIndirectBranch: always enabled Cpus_allowed: 1f# CPUs allowed, mask (since 2.6.24)Cpus_allowed_list:0-4# Same as above, list format (since 2.6.26)Mems_allowed: 00000000,...,00000001# Memory nodes allowed, mask (since 2.6.24)Mems_allowed_list:0# Same as above, list format (since 2.6.26)voluntary_ctxt_switches:3800# Voluntary context switches (since 2.6.23)nonvoluntary_ctxt_switches:35000# Involuntary context switches (since 2.6.23)以上输出来自内核 5.15.0。如伴随该文件输出的备注中所示，该文件的格式随着时间演变，在各个内核版本中添加了新字段（在少数情况下也删除了部分字段）。(除了上文提到的 Linux 2.6 变化外，Linux 2.4 添加了 Tgid、TracerPid、FDSize 和 Threads 字段。)
$cat/proc/version Linux version5.15.0-314.193.5.5.el9uek.x86_64(mockbuild@host-100-100-224-97)(gcc(GCC)11.5.020240719(Red Hat11.5.0-11.0.1), GNU ld version2.35.2-67.0.1.el9)#2 SMP Fri Nov 28 07:05:37 PST 2025这个文件内容随时间变化的事实提出了一个关于使用 /proc 文件的一般性问题：当这些文件包含多个条目时，我们应该采取防御性解析——在这种情况下，应查找包含特定字符串的行（例如 PPid:）的匹配，而不是按（逻辑）行号处理文件。
表 12-1 列出了每个 /proc/PID目录中发现的一些其他文件。
Table 12-1: Selected files in each /proc/PID directory
| File | Description (process attribute) |
|---|---|
| cmdline | Command-line arguments delimited by \0 |
| cwd | Symbolic link to current working directory |
| environ | Environment list NAME=value pairs, delimited by \0 |
| exe | Symbolic link to file being executed |
| fd | Directory containing symbolic links to files opened by this process |
| maps | Memory mappings |
| mem | Process virtual memory (must lseek() to valid offset before I/O) |
| mounts | Mount points for this process |
| root | Symbolic link to root directory |
| status | Various information (e.g., process IDs, credentials, memory usage, signals) |
| task | Contains one subdirectory for each thread in process (Linux 2.6) |
The /proc/PID/fd directory
/proc/PID/fd 目录包含该进程打开的每个文件描述符的一个符号链接。每个符号链接的名称与描述符编号相匹配；例如，/proc/1968/1 是进程 1968 的标准输出的符号链接。更多信息，请参阅第 5.11 节。
为了方便，任何进程都可以使用符号链接 /proc/self 访问其自身的 /proc/PID 目录。
$ls/proc/self/fd0123Threads: the /proc/PID/task directory
Linux 2.4 引入了线程组的概念，以正确支持 POSIX 线程模型。由于线程组中的线程有些属性是不同的，Linux 2.4 在 /proc/PID 目录下添加了一个任务子目录。对于该进程中的每个线程，内核提供一个名为 /proc/PID/task/TID 的子目录，其中 TID 是该线程的线程 ID。（这与在该线程中调用 gettid() 返回的编号相同。）
12.1.2 System Information Under /proc
/proc 下的各种文件和子目录提供了对系统范围信息的访问。下面的图 12-1 显示了一些这些内容。
图 12-1 中显示的许多文件在本书其他地方有描述。表 12-2 总结了图 12-1 中显示的 /proc 子目录的总体用途。
Table 12-2: Purpose of selected /proc subdirectories
| Directory | Information exposed by files in this directory |
|---|---|
| /proc | Various system information |
| /proc/net | Status information about networking and sockets |
| /proc/sys/fs | Settings related to file systems |
| /proc/sys/kernel | Various general kernel settings |
| /proc/sys/net | Networking and sockets settings |
| /proc/sys/vm | Memory-management settings |
| /proc/sysvipc | Information about System V IPC objects |
12.1.3 Accessing /proc Files
/proc 下的文件通常通过 shell 脚本访问（大多数包含多个值的 /proc 文件可以很容易地使用诸如 Python 或 Perl 之类的脚本语言解析）。例如，我们可以使用 shell 命令修改和查看 /proc 文件的内容，如下所示：
$cat/proc/sys/kernel/pid_max4194304$echo4194303>/proc/sys/kernel/pid_max $cat/proc/sys/kernel/pid_max4194303$echo4194304>/proc/sys/kernel/pid_max/proc 文件也可以通过程序使用常规文件 I/O 系统调用来访问。访问这些文件时有一些限制：
- 一些 /proc 文件是只读的；也就是说，它们仅用于显示内核信息，不能用于修改这些信息。这适用于大多数 /proc/PID 目录下的文件。
- 一些 /proc 文件只能由文件所有者（或特权进程）读取。例如，/proc/PID 下的所有文件都属于拥有相应进程的用户，并且在这些文件中的某些文件（如 /proc/PID/environ），读取权限仅授予文件所有者。
- 除了 /proc/PID 子目录中的文件外，/proc 下的大多数文件归 root 所有，并且可修改的文件只能由 root 修改。
图略
Figure 12-1: Selected files and subdirectories under /proc
Accessing files in /proc/PID
/proc/PID 目录是易失性的。这些目录中的每一个都会在具有相应进程 ID 的进程创建时出现，并在该进程终止时消失。这意味着，如果我们确定某个特定的 /proc/PID 目录存在，那么当我们试图打开该目录下的某个文件时，需要妥善处理这种情况：即该进程可能已经终止，并且相应的 /proc/PID 目录在我们打开文件之前就已经被删除了。
Example program
清单 12-1 演示了如何读取和修改 /proc 文件。该程序读取并显示 /proc/sys/kernel/pid_max 的内容。如果提供了命令行参数，程序将使用该值更新该文件。此文件（在 Linux 2.6 中新增）指定了进程 ID 的上限（第 6.2 节）。以下是使用该程序的一个示例：
$cat/proc/sys/kernel/pid_max4194304$ ./procfs_pidmax4194304$ ./procfs_pidmax4000000Old value:4194304/proc/sys/kernel/pid_max now contains4000000Listing 12-1: Accessing /proc/sys/kernel/pid_max
// sysinfo/procfs_pidmax.c// 代码略if(argc>1){if(lseek(fd,0,SEEK_SET)==-1)errExit("lseek");if(write(fd,argv[1],strlen(argv[1]))!=(ssize_t)strlen(argv[1]))fatal("write() failed");...}💡 /proc文件系统一定不同于一般的文件系统，否则无法理解write一个宽度较小的值何以能覆盖宽度较大的值（或者反之）。因为/proc是一个虚拟文系统，/proc/sys/kernel/pid_max 本质上是一个内核变量接口，不是真正的文件。写入时内核只是从中提取数值，不关心字符串长度是否一致，因此不同长度的字符串完全没问题。
12.2 System Identification: uname()
uname() 系统调用返回关于应用程序运行的主机系统的一系列识别信息，这些信息保存在 utsbuf 指向的结构中。
#include<sys/utsname.h>intuname(structutsname*utsbuf);utsbuf 参数是指向 utsname 结构的指针，该结构定义如下：
#define_UTSNAME_LENGTH65structutsname{charsysname[_UTSNAME_LENGTH];/* Implementation name */charnodename[_UTSNAME_LENGTH];/* Node name on network */charrelease[_UTSNAME_LENGTH];/* Implementation release level */charversion[_UTSNAME_LENGTH];/* Release version level */charmachine[_UTSNAME_LENGTH];/* Hardware on which system is running */#ifdef_GNU_SOURCE/* Following is Linux-specific */chardomainname[_UTSNAME_LENGTH];/* NIS domain name of host */#endif};SUSv3 指定了 uname()，但未定义 utsname 结构中各个字段的长度，仅要求字符串以空字节终止。在 Linux 上，这些字段的长度均为 65 字节，包括用于终止空字节的空间。在一些 UNIX 实现中，这些字段较短；在其他实现（例如 Solaris）中，字段长度可达 257 字节。
utsname 结构的 sysname、release、version 和 machine 字段由内核自动设置。
在 Linux 中，目录 /proc/sys/kernel 中的三个文件提供了与 utsname 结构的 sysname、release 和 version 字段返回的信息相同的访问权限。这些只读文件分别是 ostype、osrelease 和 version。另一个文件 /proc/version 包含这些文件中的相同信息，同时还包括关于内核编译步骤的信息（即执行编译的用户名称、进行编译的主机名称以及使用的 gcc 版本）。
nodename 字段返回使用 sethostname() 系统调用设置的值（有关此系统调用的详细信息，请参阅手册页）。通常，这个名字类似于系统 DNS 域名的主机名前缀。
domainname 字段返回使用 setdomainname() 系统调用设置的值（有关此系统调用的详细信息，请参阅手册页）。这是主机的网络信息服务（NIS）域名（这与主机的 DNS 域名不同）。
gethostname() 系统调用是 sethostname() 的反向操作，用于检索系统主机名。系统主机名也可以使用 hostname(1) 命令和 Linux 特有的 /proc/hostname 文件进行查看和设置。
getdomainname() 系统调用是 setdomainname() 的反向操作，用于检索 NIS 域名。NIS 域名也可以使用 domainname(1) 命令和 Linux 特有的 /proc/domainname 文件进行查看和设置。
sethostname() 和 setdomainname() 系统调用在应用程序中很少使用。通常，主机名和 NIS 域名在启动时由启动脚本设置。
清单 12-2 中的程序显示了 uname() 返回的信息。运行该程序时，我们可能会看到如下示例输出：
$ ./t_uname Node name: ol9-vagrant System name: Linux Release:5.15.0-314.193.5.5.el9uek.x86_64 Version:#2 SMP Fri Nov 28 07:05:37 PST 2025Machine: x86_64 Domain name:(none)Listing 12-2: Using uname()
// sysinfo/t_uname.c// 代码略12.3 Summary
/proc 文件系统向应用程序公开了一系列内核信息。每个 /proc/PID 子目录包含提供与 PID 匹配的进程信息的文件和子目录。/proc 下的其他各种文件和目录公开系统范围的信息，程序可以读取这些信息，并且在某些情况下，可以修改这些信息。
uname() 系统调用允许我们发现 UNIX 的实现以及应用程序运行的机器类型。
Further information
关于 /proc 文件系统的更多信息可以在 proc(5) 手册页、内核源文件 Documentation/filesystems/proc.txt 中以及 Documentation/sysctl 目录中的各种文件中找到。
12.4 Exercises
参见TLPI 第12章 练习：System and Process Information。