Файловые системы /dev и /proc в Linux 2.4
Новичкам
Статья была опубликована 1 февраля 2010 года в 00:00, а последний раз правилась 4 февраля 2010 года в 00:05.
Постоянная ссылка: http://www.nixp.ru/articles/38.html
В Linux есть две файловые системы, которые абсолютно непоняты новым пользователям. У этих двух каталогов, /proc и /dev, нет аналогов в Windows. Тем не менее, они очень важны для понимания и использования Linux.
Автор оригинала: Matt Butcher.
В Linux есть две файловые системы, которые абсолютно непоняты новым пользователям. У этих двух каталогов, /proc и /dev, нет аналогов в Windows. Тем не менее, они очень важны для понимания и использования Linux.
Данная статья представляет собой краткий обзор файловых систем для устройств (/dev) и для процессов (/proc). В ней рассказывается о том, что они из себя представляют, как работают и как используются.
/dev: файловая система для устройств
Устройства: В Linux’е устройство является специальным «оборудованием» (или кодом, эмулирующим его), которое представляет методы для ввода или вывода информации (IO — Input/Output). Например, клавиатура — устройство для ввода. Жесткий диск — устройства для ввода (запись) и вывода (чтение). Большинство устройств в Linux’е представлено как файлы в особой файловой системе (за исключением сетевых карт). Эти файлы хранятся в каталоге /dev, куда к ним обращается система для выполнения задач, связанных с вводом/выводом.
Грубо говоря, устройства можно разделить на две категории: символьные и блочные. Символьные устройства вводят/выводят по символам. Наиболее показательным примером служит клавиатура, у которой нажатие каждой клавиши формирует символ, передаваемый компьютеру. Мышь работает немного по-другому. Каждое движение или нажатие на кнопку отправляет символ на /dev/mouse.
Блочные устройства считывают данные большими объемами. Примерами служат устройства для хранения данных, такие как IDE жесткие диски (/dev/hd), SCSI жесткие диски (/dev/sd) и CD-ROM’ы (например, /dev/cdrom0 — символическая ссылка на первый CD-ROM). Операции ввода/вывода блочные устройства проводят с определенными блоками данных, что позволяет работать с большими объемами информации более эффективно.
Названия устройств: Устройства часто называются путем сокращения имен представляемого ими оборудования. Устройства с именами /dev/fb представляют буферы фреймов (frame buffers) для графики. Устройства /dev/hd представляют IDE жесткие диски (hard disks). В некоторых случаях для пояснения того, чем является устройство, используются символические ссылки: например, /dev/mouse, устройство, представляющее мышь, может быть прилинковано к последовательному, USB или PS2 устройству, в зависимости от железа. Символическая ссылка помогает и человеку, и машине разобраться, какое из устройств — мышь.
Иногда бывает несколько устройств одного типа. Например, у машины два ATAPI CD-ROM’а. Каждому CD-приводу нужен файл в /dev. В таком случае, возможен вариант, что /dev/cdrom0 будет первым CD-ROM’ом, а /dev/cdrom1 — вторым.
С именами жестких дисков немного сложнее. Название устройства жесткого диска зависит от типа диска, его позиции и раздела (partition’а). Первый жесткий диск может быть назван /dev/hda, где часть «hd» означает, что это IDE жесткий диск, а «a» показывает, что это первый жесткий диск. Тогда /dev/hdb будет ссылаться на второй жесткий диск. Каждый жесткий диск разбит на разделы. Первый раздел первого жесткого диска получит название /dev/hda1, где единица в конце обозначает номер раздела. Обратите внимание на то, что, если индексы некоторых устройств (например, /dev/cdrom0) могут начинаться с нуля, то индекс устройств с разделами обычно начинается с единицы. Вот примерный список файлов в /dev для двух IDE жестких дисков:
- /dev/hda;
- /dev/hda1;
- /dev/hda2;
- /dev/hda3;
- /dev/hda4;
- /dev/hdb;
- /dev/hdb1;
- /dev/hdb2;
- /dev/hdb3.
SCSI жесткие диски используют /dev/sd вместо /dev/hd, но все остальное выглядит также. /dev/sda1 ссылается на первый раздел первого SCSI жесткого диска.
Специальные устройства: Существует несколько специальных устройств, которые порой бывают очень полезны: /dev/null, /dev/zero, /dev/full и /dev/random.
Нулевое устройство, /dev/null представляет собой что-то типа «мусорной корзины». Часто некоторые программы выводят множество ненужной информации. Shell-скрипты обычно используют /dev/null для того, чтобы пользователь не видел ненужных ему сообщений от вызываемых утилит. Вот пример вызова модуля ядра с выводом всех сообщений в /dev/null.
$ modprobe cipher-twofish > /dev/null
/dev/zero близок к /dev/null. Как и /dev/null, устройство может быть использовано для блокирования вывода ненужной информации, но чтение /dev/zero возвращает \0 символы (чтение /dev/null возвращает символы end-of-file — конец файла). Поэтому /dev/zero обычно используется для создания пустых файлов.
$ dd if=/dev/zero of=/my-file bs=1k count=100
Такая команда (см. выше) создаст файл размером в 100 кб, наполненный null-символами.
/dev/full служит для имитации «полного» устройства. Запись в /dev/full сопровождается ошибкой. «Полное» устройство полезно для того, чтобы посмотреть, как тестируемое приложение будет себя вести при попытки доступа к заполненному устройству (т.е. например, к жесткому диску, на котором не осталось места).
$ cp test-file /dev/full cp: writing `/dev/full": No space left on device $ df -k /dev/full file system 1k-blocks Used Available Use% Mounted on /dev/full 0 0 0 -
Устройства /dev/random и /dev/urandom создают «случайные» данные. Хотя вывод обоих может показаться абсолютно случайным, /dev/random более случаен чем /dev/urandom. /dev/random создает случайные символы, основываясь на «окружающем шуме». Так как количество этого случайного шума ограничено, /dev/random работает медленно и может временно останавливаться для дальнейшего сбора данных. /dev/urandom использует тот же шум, что и /dev/random, но если случайных данных больше нет, оно создает псевдо-случайные данные. Таким образом увеличивается его скорость, но уменьшается безопасность.
Старая файловая система /dev: Раньше файловая система /dev была частью обычной файловой системы. Она состояла из специальных файлов, созданных однажды (обычно при установке системы) и сохраненных на жестком диске.
В старых системах файловая система /dev должна содержать информацию обо всех устройствах, которые могут быть подключены к компьютеру. Из-за этого /dev была слишком большой — приходилось хранить сведения о множестве жестких дисков, дисководов и т.п. Ранее мы рассматривали список разделов жесткого диска hdb. В старой файловой системе /dev приходилось содержать файлы с /dev/hdb1 до /dev/hdb11. Чтобы выяснить, какие устройства действительно привязаны к разделам жесткого диска (если помните, у меня всего три раздела на hdb), нужно вызвать специальную утилиту. Команда «file -s hdb*» поможет в этом разобраться:
$ file -s /dev/hdb? /dev/hdb1: Linux/i386 ext2 file system /dev/hdb2: Linux/i386 ext2 file system /dev/hdb3: Linux/i386 ext2 file system /dev/hdb4: empty /dev/hdb5: empty /dev/hdb6: empty /dev/hdb7: empty /dev/hdb8: empty /dev/hdb9: empty
Если указанного файла устройства не было, приходилось его создавать с помощью mknod или другой программы (типа MAKEDEV). Хотя «старый способ» работал, он был сложен и неудобен.
DevFS: В ядрах 2.4.x была представлена альтернативная дисковая файловая система /dev. Эта альтернатива, DevFS, подключала код нового устройства в ядро. В DevFS файловая система /dev создается во время каждого запуска компьютера и сохраняется в оперативной памяти, а не на жестком диске. При использовании этой модели пропадает нужда в поддержке списка всех возможных устройств, а когда появляется новое устройство, ядро просто делает для него запись в /dev. Если же устройствам нужна особая настройка в DevFS, существует конфигурационный файл (обычно /etc/devfsd.conf).
/proc: Файловая система для процессов
Процессы: В любое время в Linux’е одновременно запущено множество процессов. Некоторые из них, такие как оконные менеджеры, email-клиенты и Web-браузеры, видны конечному пользователю. Другие, вроде серверов и вспомогательных процессов, в глаза не бросаются, но запущены в фоновом режиме, выполняя задания, не требующие каких-либо действий со стороны пользователя. Запуск «ps -ef» в shell’е выведет список всех запущенных на данный момент процессов. А выглядеть будет примерно так:
$ ps -ef UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD root 1 0 0 11:08 ? 00:00:04 init root 2 1 0 11:08 ? 00:00:00 [keventd] root 3 0 0 11:08 ? 00:00:00 [ksoftirqd_CPU0] root 4 0 0 11:08 ? 00:00:00 [kswapd] root 5 0 0 11:08 ? 00:00:00 [bdflush] root 6 0 0 11:08 ? 00:00:00 [kupdated] root 8 1 0 11:08 ? 00:00:00 [kjournald] root 86 1 0 11:08 ? 00:00:00 /sbin/devfsd /dev root 165 1 0 11:09 ? 00:00:00 [kjournald] root 168 1 0 11:09 ? 00:00:00 [khubd] root 294 1 0 11:09 ? 00:00:00 [kapmd] root 515 1 0 11:09 ? 00:00:00 metalog [MASTER] root 521 515 0 11:09 ? 00:00:00 metalog [KERNEL] root 531 1 0 11:09 ? 00:00:00 /sbin/dhcpcd eth0 /etc/X11/fs/config -droppriv -user xfs root 572 1 0 11:09 ? 00:00:00 /usr/kde/2/bin/kdm root 593 572 2 11:09 ? 00:04:27 /usr/X11R6/bin/X -auth /var/lib/kdm/authfiles/A:0-25pIgI root 644 1 0 11:09 vc/1 00:00:00 /sbin/agetty 38400 tty1 linux root 1045 572 0 12:16 ? 00:00:00 -:0 mbutcher 1062 1045 0 12:16 ? 00:00:00 /bin/sh /etc/X11/Sessions/kde-2.2.2 mbutcher 1091 1062 0 12:16 ? 00:00:00 /bin/bash --login /usr/kde/2/bin/startkde mbutcher 1132 1 0 12:16 ? 00:00:00 kdeinit: Running… mbutcher 1157 1132 0 12:16 ? 00:00:01 kdeinit: kwin mbutcher 1159 1 0 12:16 ? 00:00:07 kdeinit: kdesktop mbutcher 1168 1 0 12:16 ? 00:00:00 kdeinit: kwrited mbutcher 1171 1168 0 12:16 pty/s0 00:00:00 /bin/cat mbutcher 1173 1 0 12:16 ? 00:00:00 alarmd mbutcher 1207 1132 0 12:23 ? 00:00:08 kdeinit: konsole -icon konsole -miniicon konsole mbutcher 1219 1207 0 12:23 pty/s2 00:00:00 /bin/bash mbutcher 1309 1260 0 13:48 pty/s3 00:00:01 vi dev-and-proc.html root 1314 1220 0 14:03 pty/s2 00:00:00 ps -ef
Многие из задач в выводе ps являются процессами, работающими в фоновом режиме. Те, что взяты в квадратные скобочки — процессы ядра. Только некоторые, вроде процессов kde и записей в конце списка, являются процессами, с которыми я взаимодействую напрямую.
Для управления системой ядро должно хранить информацию о каждом запущенном процессе, включая само себя. Также должна быть возможность просмотра сведений о запущенных приложениях пользовательского уровня (хорошим примером служит «ps», а также «top»). В файловой системе /proc ядро и хранит информацию о процессах.
Как и DevFS, /proc хранится в памяти, а не на диске. Если вы посмотрите в файл /proc/mounts (в котором приводится список всех примонтированных файловых систем), то увидите строку вроде этой:
proc /proc proc rw 0 0
/proc контролируется ядром, у этой файловой системы нет «под собой» какого-либо устройства. Так как в ней в основном содержится информация, управляемая ядром, наиболее логичным место для хранения такой информации является память, также контролируемая ядром.
Информация о запущенных процессах: Чтобы хранить информацию обо всех процессах, ядро присваивает каждому из них PID (Process ID — идентификатор процесса) в виде числа. Запуск команды «ps -ef» (см. выше) выведет список всех запущенных процессов в порядке их PID’ов (вторая колонка). Файловая система /proc хранит информацию о каждом PID.
В /proc названиями многих каталогов являются числа. Эти директории ссылаются на номера PID. В таких каталогах находятся файлы, которые предоставляют подробную информацию о положении, окружении и прочих деталях процесса. В выводе ps (см. выше) была следующая строка:
mbutcher 1219 1207 0 12:23 pty/s2 00:00:00 /bin/bash
Этот процесс — запущенный bash shell, имеющий PID 1219. Каталог /proc/1219 содержит информацию об этом процессе.
$ ls /proc/1219 cmdline cpu cwd environ exe fd maps mem root stat statm status
В файле «cmdline» располагается команда, которая вызвала процесс. В файле «environ» находятся данные о значениях окружения для процесса. «status» содержит информацию о статусе процесса, среди которой пользовательский (UID) и групповой (GID) идентификаторы для пользователя, запустившего процесс, идентификатор родительского процесса (parent process ID — PPID) и текущий статус процесса (например, «Sleep» или «Running»).
$ cat status Name: bash State: S (sleeping) Tgid: 1219 Pid: 1219 PPid: 1207 TracerPid: 0 Uid: 501 501 501 501 Gid: 501 501 501 501 FDSize: 256 Groups: 501 10 18 VmSize: 2400 kB VmLck: 0 kB VmRSS: 1272 kB VmData: 124 kB VmStk: 20 kB VmExe: 544 kB VmLib: 1604 kB SigPnd: 0000000000000000 SigBlk: 0000000080010000 SigIgn: 8000000000384004 SigCgt: 000000004b813efb CapInh: 0000000000000000 CapPrm: 0000000000000000 CapEff: 0000000000000000
У каждого каталога процесса есть несколько символических ссылок. «cwd» ссылается на текущий рабочий каталог для процесса. «exe» — ссылка на исполняемую программу процесса, а «root» ссылается на каталог, который процесс рассматривает как корневой (обычно «/»). В каталоге «fd» содержится список символических ссылок на дескрипторы файлов, используемых процессом.
Существуют и другие файлы в каталоге процесса, предоставляющие исчерпывающую информацию: от занятности процессора и памяти до количества времени, которое запущен процесс. Большая часть этих файлов описана в документации исходников ядра («Documentation/file systems/proc.txt»), а также доступна в man — «man proc».
Информация о ядре: Кроме хранения сведений о процессах, файловая система /proc содержит множество информации, самостоятельно созданной ядром для описания общего состояния системы.
Ядро и модули могут создавать файлы в /proc для того, чтобы предоставить информацию о своем текущем состоянии. Например, /proc/fb показывает, какие сейчас доступны устройства типа frame buffer (буферы фреймов обычно используются для отображения загрузочного логотипа).
$ cat fb 0 VESA VGA
Обратите внимание, что 0 ссылается на индекс frame buffer’а и устройство /dev/fb0. Если бы у меня был второй framebuffer, то появилась бы еще и строка с 1, соответствующая /dev/fb1. Часто данные proc ссылаются на устройства в /dev.
В /proc хранится немало информации о железе. В файле /proc/pci написано про все обнаруженные в системе PCI устройства. Запуск команды «lspci» выводит идентичную информацию, так как использует /proc/pci для получения сведений об устройствах. В /proc/bus находятся каталоги для bus-архитектур (PCI, PCCard, USB), в которых содержится информация об устройствах, присоединенных таким образом (PCI, PCCard, USB). Информация о сети располагается в /proc/net. Информацию о жестких дисках можно найти в /proc/ide и /proc/scsi (в зависимости от типа устройства). В /procs/devices присутствует список всех устройств системы (они разделены на две категории: «block» — блочные, «character» — символьные).
$ cat /proc/devices Character devices: 1 mem 2 pty/m%d 3 pty/s%d 4 tts/%d 5 cua/%d 7 vcs 10 misc 14 sound 29 fb 116 alsa 162 raw 180 usb 226 drm 254 pcmcia
Block devices: 1 ramdisk 2 fd 3 ide0 22 ide1
В действительности, в /proc находится намного больше файлов, чем было описано здесь. У каждого ядра они могут несколько различаться, в зависимости от того, что было включено в ядро, какое железо и программное обеспечение используется и в каком состоянии в настоящий момент находится компьютер. К некоторым из этих файлов постоянно обращается машина, а другие предоставляют «интуитивную» информацию.
Работа с процессами через /proc: Некоторые файлы /proc предназначены не только для чтения. Запись в них может влиять на состояние ядра. Просмотр содержимого файла в /proc обычно безопасно, но запись в них без точной уверенности в своих действиях может приводить к фатальным последствиям. Несмотря на это, иногда запись в /proc — единственный способ связи с ядром.
Например, в некоторых версиях ядра присутствует опция включения Web-сервера (khttp), работающего на уровне ядра. Из-за того, что запуск Web-сервера по умолчанию является риском с точки зрения безопасности, khttp требует записи в /proc для запуска.
echo 1 > /proc/sys/net/khttpd/start
Когда ядро видит, что содеримое /proc/sys/net/khttps/start меняется с 0 (по умолчанию) на 1, оно запускает сервер khttpd.
Существуют десятки других настраиваемых параметров в /proc — некоторые для конфигурации железа, другие для управления ядром. Однако, многие из них являются низкоуровневыми и могут привести к печальным последствиям, если указать неправильные значения. Поэтому, если вы твердо не уверены в своих действиях, менять параметры в /proc строго не рекомендуется.
Вывод
/proc и /dev представляют интерфейсы к внутренностям Linux’а с помощью файлов. Они способствуют настройке и получению сведений об устройствах и процессах системы. Благодаря ним, можно с легкостью обновлять, изучать, запускать систему и устранять разнообразные неполадки. Понимание и применение знаний этих двух файловых систем являются ключом к созданию «более вашей» Linux-системы.
-
Популярные в этом разделе:
- «OpenBSD как десктоп: реально? Вполне!»,
- «Советы по первичной настройке FreeBSD для новичков»,
- «Файловые системы /dev и /proc в Linux 2.4».
Последние комментарии
- OlegL, 17 декабря в 15:00 → Перекличка 21
- REDkiy, 8 июня 2023 года в 9:09 → Как «замокать» файл для юниттеста в Python? 2
- fhunter, 29 ноября 2022 года в 2:09 → Проблема с NO_PUBKEY: как получить GPG-ключ и добавить его в базу apt? 6
- Иванн, 9 апреля 2022 года в 8:31 → Ассоциация РАСПО провела первое учредительное собрание 1
- Kiri11.ADV1, 7 марта 2021 года в 12:01 → Логи catalina.out в TomCat 9 в формате JSON 1
Спасибо вам за статью! Очень много нового узнал.