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1、proc文件系统的实现实验目的 掌握虚拟文件系统的实现原理 实践文件、目录、索引节点等概念实验内容在Linux 0.11上实现procfs（proc文件系统）内的psinfo结点。当读取此结点的内容时，可得到系统当前所有进程的状态信息。例如，用cat命令显示/proc/psinfo的内容，可得到：# cat /proc/psinfopidstatefathercounterstart_time01-100110281411173311276360412817procfs及其结点要在内核启动时自动创建。相关功能实现在fs/proc.c文件内。实验报告完成实验后，在实验报告中回答如下问题：1. 如
2、果要求你在psinfo之外再实现另一个结点，具体内容自选，那么你会实现一个给出什么信息的结点？为什么？2. 一次read()未必能读出所有的数据，需要继续read()，直到把数据读空为止。而数次read()之间，进程的状态可能会发生变化。你认为后几次read()传给用户的数据，应该是变化后的，还是变化前的？1. 如果是变化后的，那么用户得到的数据衔接部分是否会有混乱？如何防止混乱？2. 如果是变化前的，那么该在什么样的情况下更新psinfo的内容？评分标准 自动创建/proc，20% 自动创建/proc/psinfo，20% psinfo内容可读，20% psinfo内容符合题目要求，20%
3、实验报告，20%实验提示procfs简介正式的Linux内核实现了procfs，它是一个虚拟文件系统，通常被mount到/proc目录上，通过虚拟文件和虚拟目录的方式提供访问系统参数的机会，所以有人称它为“了解系统信息的一个窗口”。这些虚拟的文件和目录并没有真实地存在在磁盘上，而是内核中各种数据的一种直观表示。虽然是虚拟的，但它们都可以通过标准的系统调用（open()、read()等）访问。例如，/proc/meminfo中包含内存使用的信息，可以用cat命令显示其内容：$ cat /proc/meminfo MemTotal: 384780 kBMemFree: 13636 kBBuffer
4、s: 13928 kBCached: 101680 kBSwapCached: 132 kBActive: 207764 kBInactive: 45720 kBSwapTotal: 329324 kBSwapFree: 329192 kBDirty: 0 kBWriteback: 0 kB其实，Linux的很多系统命令就是通过读取/proc实现的。例如uname -a 的部分信息就来自/proc/version，而uptime的部分信息来自/proc/uptime和/proc/loadavg。关于procfs更多的信息请访问：http:/en.wikipedia.org/wiki/Procf
5、s基本思路Linux是通过文件系统接口实现procfs，并在启动时自动将其mount到/proc目录上。此目录下的所有内容都是随着系统的运行自动建立、删除和更新的，而且它们完全存在于内存中，不占用任何外存空间。Linux 0.11还没有实现虚拟文件系统，也就是，还没有提供增加新文件系统支持的接口。所以本实验只能在现有文件系统的基础上，通过打补丁的方式模拟一个procfs。Linux 0.11使用的是Minix的文件系统，这是一个典型的基于inode的文件系统，注释一书对它有详细描述。它的每个文件都要对应至少一个inode，而inode中记录着文件的各种属性，包括文件类型。文件类型有普通文件、目
6、录、字符设备文件和块设备文件等。在内核中，每种类型的文件都有不同的处理函数与之对应。我们可以增加一种新的文件类型proc文件，并在相应的处理函数内实现procfs要实现的功能。增加新文件类型在include/sys/stat.h文件中定义了几种文件类型和相应的测试宏：#define S_IFMT 00170000#define S_IFREG 0100000/普通文件#define S_IFBLK 0060000/块设备#define S_IFDIR 0040000/目录#define S_IFCHR 0020000/字符设备#define S_IFIFO 0010000#define S_I
7、SREG(m) (m) & S_IFMT) = S_IFREG)/测试m是否是普通文件#define S_ISDIR(m) (m) & S_IFMT) = S_IFDIR)/测试m是否是目录#define S_ISCHR(m) (m) & S_IFMT) = S_IFCHR)/测试m是否是字符设备#define S_ISBLK(m) (m) & S_IFMT) = S_IFBLK)/测试m是否是块设备#define S_ISFIFO(m) (m) & S_IFMT) = S_IFIFO)增加新的类型的方法分两步：1. 定义一个类型宏S_IFPROC，其值应在0010000到0100000之间，
8、但后四位八进制数必须是0（这是S_IFMT的限制，分析测试宏可知原因），而且不能和已有的任意一个S_IFXXX相同；2. 定义一个测试宏S_ISPROC(m)，形式仿照其它的S_ISXXX(m)注意，C语言中以“0”直接接数字的常数是八进制数。让mknod()支持新的文件类型psinfo结点要通过mknod()系统调用建立，所以要让它支持新的文件类型。直接修改fs/namei.c文件中的sys_mknod()函数中的一行代码，如下：if (S_ISBLK(mode) | S_ISCHR(mode) | S_ISPROC(mode) inode-i_zone0 = dev;文件系统初始化内核初始
9、化的全部工作是在main()中完成，而main()在最后从内核态切换到用户态，并调用init()。init()做的第一件事情就是挂载根文件系统：void init(void)setup(void *) &drive_info);procfs的初始化工作应该在根文件系统挂载之后开始。它包括两个步骤：1. 建立/proc目录；2. 建立/proc目录下的各个结点。本实验只建立/proc/psinfo。建立目录和结点分别需要调用mkdir()和mknod()系统调用。因为初始化时已经在用户态，所以不能直接调用sys_mkdir()和sys_mknod()。必须在初始化代码所在文件中实现这两个系统调用
10、的用户态接口，即API：#include #define _LIBRARY_#include _syscall2(int,mkdir,const char*,name,mode_t,mode)_syscall3(int,mknod,const char*,filename,mode_t,mode,dev_t,dev)mkdir()时mode参数的值可以是“0755”（rwxr-xr-x），表示只允许root用户改写此目录，其它人只能进入和读取此目录。procfs是一个只读文件系统，所以用mknod()建立psinfo结点时，必须通过mode参数将其设为只读。建议使用“S_IFPROC|0444
11、”做为mode值，表示这是一个proc文件，权限为0444（r-r-r-），对所有用户只读。mknod()的第三个参数dev用来说明结点所代表的设备编号。对于procfs来说，此编号可以完全自定义。proc文件的处理函数将通过这个编号决定对应文件包含的信息是什么。例如，可以把0对应psinfo，1对应meminfo，2对应cpuinfo。如此项工作完成得没有问题，那么编译、运行0.11内核后，用“ll /proc”可以看到：# ll /proctotal 0?r-r-r- 1 root root 0 ? ? ? psinfo此时可以试着读一下此文件：# cat /proc/psinfo(Rea
12、d)inode-i_mode=XXX444cat: /proc/psinfo: EINVALinode-i_mode就是通过mknod()设置的mode。信息中的XXX和你设置的S_IFPROC有关。通过此值可以了解mknod()工作是否正常。这些信息说明内核在对psinfo进行读操作时不能正确处理，向cat返回了EINVAL错误。因为还没有实现处理函数，所以这是很正常的。这些信息至少说明，psinfo被正确open()了。所以我们不需要对sys_open()动任何手脚，唯一要打补丁的，是sys_read()。让proc文件可读open()没有变化，那么需要修改的就是sys_read()了。首
13、先分析sys_read（在文件fs/read_write.c中）：int sys_read(unsigned int fd,char * buf,int count)struct file * file;struct m_inode * inode;inode = file-f_inode;if (inode-i_pipe)return (file-f_mode&1)?read_pipe(inode,buf,count):-EIO;if (S_ISCHR(inode-i_mode)return rw_char(READ,inode-i_zone0,buf,count,&file-f_pos);
14、if (S_ISBLK(inode-i_mode)return block_read(inode-i_zone0,&file-f_pos,buf,count);if (S_ISDIR(inode-i_mode) | S_ISREG(inode-i_mode) if (count+file-f_pos inode-i_size)count = inode-i_size - file-f_pos;if (counti_mode=%06onr,inode-i_mode);/这条信息很面善吧？return -EINVAL;显然，要在这里一群if的排比中，加上S_IFPROC()的分支，进入对proc文件的处理函数。需要传给处理函数的参数包括： inode-i_zone0，这就是mknod()时指定的dev设备编号 buf，指向用户空间，就是read()的第二个参数，用来接收数据 count，就是read()的第三个参数，说明buf指向的缓冲区大小 &file-f_pos，f_pos
