在之前文件系统系列文章中，阐述过vfs相关知识点，这篇文章通过工具展示虚拟文件系统-proc的读写过程（主要以写为例进行阐述），从而了解proc文件系统和其他文件系统的不同之处。同样，以测试代码为主展开讲解。
测试代码
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
struct s_test {
char *a;
};
int main(void)
{
char buf[100];
memset(buf,0,sizeof(buf));
strcpy(buf,"67584");
while(1) {
int fd = open("/proc/sys/vm/min_free_kbytes", O_RDWR);//以RW模式打开min_free_kbytes文件
write(fd,buf,strlen(buf));//向文件写入内容
close(fd);
sleep(1);//sleep 1秒
}
return 0;
}
编译
gcc t.c
生成二进制a.out
执行./a.out &
获取进程pid
ps aux |grep a.out
然后使用perf查看调用栈
perf record --call-graph dwarf -p 16568
间隔10秒之后，停掉perf，然后执行
perf report
根据perf.data生成火焰图：
生成火焰图的工具从github地址https://github.com/brendangregg/FlameGraph下载即可。
执行命令：
perf script -i perf.data &> perf.unfold
将perf.unfold中的符号进行折叠
./stackcollapse-perf.pl perf.unfold &> perf.folded
最后生成svg图
./flamegraph.pl perf.folded > perf.svg
生成火焰图看更直观一些
红色箭头所指的就是写/proc/sys/vm/min_free_kbytes的整个内核过程。
接下来根据源码看下内核proc系统文件的整个详细过程。
在之前的vfs文章中分析过vfs最终读写到具体的文件系统时会执行具体文件系统的file_operations，例如xfs，ext4等，都有自己特有的file_operations。同样，针对proc文件系统，也有自己的file_operations，那就是fs/proc/proc_sysctl.c的proc_sys_file_operations
static const struct file_operations proc_sys_file_operations = {
.open = proc_sys_open,
.poll = proc_sys_poll,
.read = proc_sys_read,
.write = proc_sys_write,
.llseek = default_llseek,
};
因此针对proc文件系统的write，执行的是proc_sys_write()函数。
顺着proc_sys_write()函数继续往下找
static ssize_t proc_sys_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t count, loff_t *ppos)
{
return proc_sys_call_handler(filp, (void __user *)buf, count, ppos, 1);
}
static ssize_t proc_sys_call_handler(struct file *filp, void __user *buf,
size_t count, loff_t *ppos, int write)
{
struct inode *inode = file_inode(filp);//获取文件inode信息
struct ctl_table_header *head = grab_header(inode);
struct ctl_table *table = PROC_I(inode)->sysctl_entry;//将inode转成proc_inode
void *new_buf = NULL;
ssize_t error;
if (IS_ERR(head))
return PTR_ERR(head);
/*
* At this point we know that the sysctl was not unregistered
* and won't be until we finish.
*/
error = -EPERM;
if (sysctl_perm(head, table, write ? MAY_WRITE : MAY_READ))//判断文件读写类型
goto out;
/* if that can happen at all, it should be -EINVAL, not -EISDIR */
error = -EINVAL;
if (!table->proc_handler)//没有回调函数
goto out;
error = BPF_CGROUP_RUN_PROG_SYSCTL(head, table, write, buf, &count,
ppos, &new_buf);
if (error)
goto out;
/* careful: calling conventions are nasty here */
if (new_buf) {
mm_segment_t old_fs;
old_fs = get_fs();
set_fs(KERNEL_DS);
error = table->proc_handler(table, write, (void __user *)new_buf,
&count, ppos);
set_fs(old_fs);
kfree(new_buf);
} else {
error = table->proc_handler(table, write, buf, &count, ppos);//执行回调函数
}
if (!error)
error = count;
out:
sysctl_head_finish(head);
return error;
}
那proc_handler又是什么呢？是怎么来的呢？
proc_handler()是个回调函数，属于struct ctl_table结构里的。
/* A sysctl table is an array of struct ctl_table: */
struct ctl_table {
const char *procname; /* Text ID for /proc/sys, or zero */
void *data;
int maxlen;
umode_t mode;
struct ctl_table *child; /* Deprecated */
proc_handler *proc_handler; /* Callback for text formatting */
struct ctl_table_poll *poll;
void *extra1;
void *extra2;
} __randomize_layout;
proc_handler主要是内核参数注册的回调函数，内核初始化时，会执行sysctl_init()函数
int __init sysctl_init(void)
{
struct ctl_table_header *hdr;
hdr = register_sysctl_table(sysctl_base_table);
kmemleak_not_leak(hdr);
return 0;
}
而sysctl_base_table是定义了内核参数的一个struct ctl_table类型的数组，调用register_sysctl_table(sysctl_base_table)对每个struct ctl_table成员进行注册。也就是每个内核参数ctl_table进行注册（包括procname，proc_handler）
struct ctl_table_header *register_sysctl_table(struct ctl_table *table)
{
static const struct ctl_path null_path[] = { {} };
return register_sysctl_paths(null_path, table);
}
EXPORT_SYMBOL(register_sysctl_table);
{
.procname = "min_free_kbytes",
.data = &min_free_kbytes,
.maxlen = sizeof(min_free_kbytes),
.mode = 0644,
.proc_handler = min_free_kbytes_sysctl_handler,
.extra1 = SYSCTL_ZERO,
}
因此table->proc_handler最终调用的是min_free_kbytes_sysctl_handler()，这也和火焰图上对得上。
接下来看下min_free_kbytes_sysctl_handler()函数
该函数定义在mm/page_alloc.c中。
int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
{
int rc;
rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
if (rc)
return rc;
if (write) {
user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
setup_per_zone_wmarks();
}
return 0;
}
其中setup_per_zone_wmarks()在上一章聊聊linux内存的watermark已经详细阐述过。
proc_dointvec_minmax()函数最终实现将用户空间的min_free_kbytes拷贝到内核空间
其中copy_from_user不在本章的讨论范围，因此先不做阐述。
