实验名称：proc文件系统的实现 实验日期：2021/7/7

班级：物联网193 姓名：沈俊杰 学号：1930110716 二、实验环境： linux操作系统

三、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：

$cat /proc/psinfo pid state father counter start_time 0 1 -1 0 0 1 1 0 28 1 4 1 1 1 73 3 1 1 27 63 6 0 4 12 817 copy$ cat /proc/hdinfo total_blocks: 62000; free_blocks: 39037; used_blocks: 22963; ... copy procfs 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。

四、实验过程及数据记录： 第一步，新建一个文件类型 在include/sys/stat.h文件中

define S_IFPROC 0070000

define S_ISPROC(m) (((m) & S_IFMT) == S_IFPROC)

第二步，修改namei.c文件 在fs/namei.c文件中

//在sys_mkmod()函数中 if(S_ISBLK(mode) || S_ISCHR(mode) || S_ISPROC(mode)) inode->i_zone[0] = dev; 第三步，修改main.c文件 因为创建目录时会使用到mkdir,mknod这两个函数，而main.c处于用户态，因此我们需要在main.c添加系统调用，系统调用详细可以看这篇文章操作系统接口

_syscall2(int,mkdir,const char*,name,mode_t,mode) _syscall3(int,mknod,const char*,filename,mode_t,mode,dev_t,dev)

//在init()函数中 mkdir("/proc",0755); mknod("/proc/psinfo",S_IFPROC|0444,0); mknod("/proc/hdinfo",S_IFPROC|0444,1); mkdir() 时 mode 参数的值可以是 “0755”（对应 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 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。

第四步，修改sys_read函数 在fs/read_write.c文件中

//添加一个分支，实现proc文件系统 if(S_ISPROC(inode->i_mode)) return proc_read(inode->i_zone[0],buf,count,&file->f_pos); printk("(Read)inode->i_mode=%06o\n\r",inode->i_mode); return -EINVAL; 1 2 3 4 5 同时，在上面声明一下proc_read函数

extern int proc_read(int dev,char *buf,int count,unsigned long *pos); 1 第五步，实现proc.c文件 #include <linux/sched.h> #include <linux/kernel.h> #include <asm/segment.h> #include <stdarg.h> #include <stddef.h>

extern int vsprintf(char * buf, const char * fmt, va_list args);

//Linux0.11没有sprintf()，该函数是用于输出结果到字符串中的，所以就实现一个，这里是通过vsprintf()实现的。 int sprintf(char *buf, const char *fmt, ...){ va_list args; int i; va_start(args, fmt); i=vsprintf(buf, fmt, args); va_end(args); return i; }

int proc_read(int dev, char * buf, int count, unsigned long * pos) { struct task_struct ** p; int output_count=0; char * proc_buf=NULL; int file_size=0; int offset=*pos;

struct super_block * sb; 
struct buffer_head * bh;
int total_blocks, total_inodes;
int used_blocks=0, free_blocks=0;
int i,j,k;
char * db=NULL;
unsigned short s_imap_blocks;
unsigned short s_zmap_blocks;

//硬盘总共有多少块(空闲 + 非空闲)，有多少inode索引节点等信息都放在super块中。
sb=get_super(current->root->i_dev);
total_blocks = sb->s_nzones;
total_inodes=sb->s_ninodes;
s_imap_blocks = sb->s_imap_blocks;
s_zmap_blocks = sb->s_zmap_blocks;

//psinfo: 对应的就是输出系统此时的全部进程的状态信息
if(dev==0)
{ 
    proc_buf=(char *)malloc(sizeof(char *)*1024);
    file_size=sprintf(proc_buf,"pid\tstate\tfather\tcounter\tstart_time\n");
    for(p = &LAST_TASK ; p >= &FIRST_TASK ; --p)
        if(*p)
            file_size+=sprintf(proc_buf+file_size,"%d\t%d\t%d\t%d\t%d\n",(*p)->pid,(*p)->state,(*p)->father,(*p)->counter,(*p)->start_time);

    *(proc_buf+file_size)='\0';
}

//hdinfo: 打印出硬盘的一些信息，
//s_imap_blocks、ns_zmap_blocks、
//total_blocks、free_blocks、used_blocks、total_inodes
if(dev==1) 
{
    for(i=0;i<sb->s_zmap_blocks;i++)
    {
        bh=sb->s_zmap[i];
        db=(char*)bh->b_data;
        for(j=0;j<1024;j++){
            for(k=1;k<=8;k++){
                    if((used_blocks+free_blocks)>=total_blocks)
                        break;
                    if( *(db+j) & k)
                        used_blocks++;
                    else
                        free_blocks++;
            }
        }
    }

    proc_buf=(char*)malloc(sizeof(char*)*512);
    file_size=sprintf(proc_buf,"s_imap_blocks:%d\ns_zmap_blocks:%d\n",s_imap_blocks,s_zmap_blocks);
    file_size+=sprintf(proc_buf+file_size,"total_blocks:%d\nfree_blcoks:%d\nused_blocks:%d\ntotal_indoes:%d\n",total_blocks,free_blocks,used_blocks,total_inodes);
}

//将proc_buf缓冲区的内容放入文件
while(count>0)  
{
    if(offset>file_size)
        break;
    put_fs_byte(*(proc_buf+offset),buf++);
    offset++;
    output_count++;
    count--;
}

//重置文件的pos位置，也就是指向文件末尾的指针
(*pos)+=output_count; 

free(proc_buf);
return output_count;
copy

}

第六步，修改Makefile文件 OBJS= open.o read_write.o inode.o file_table.o buffer.o super.o
block_dev.o char_dev.o file_dev.o stat.o exec.o pipe.o namei.o
bitmap.o fcntl.o ioctl.o truncate.o proc.o

proc.o : proc.c ../include/linux/kernel.h ../include/linux/sched.h
../include/linux/head.h ../include/linux/fs.h ../include/sys/types.h
../include/linux/mm.h ../include/signal.h ../include/asm/segment.h

最后一步，运行 ../include/linux/sched.h
../include/linux/head.h ../include/linux/fs.h ../include/sys/types.h
../include/linux/mm.h ../include/signal.h ../include/asm/segment.h

最后一步，运行

五、实验结果分析： 如果要求你在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？

如果再实现另一个结点，我想会选内存使用的信息情况，因为内存是整个系统中最重要的资源，系统的运行要靠内存的支持，能及时了解内存的使用情况是有意义的。

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？ 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？ 如果是变化前的，那么该在什么样的情况下更新psinfo的内容？

按照目前的实现方法，如果在几次read之间进程状态发生变化，后几次传递给用户的是变化后的信息，那么可能会导致信息混乱。如果要防止混乱发生，可以考虑将取到的进程信息保存在硬盘的一个文件中，读取时只要该文件存在，就从文件中直接读取，而不是每次read都重新生成进程信息，而一次读动作完成后（返回0）就将硬盘上的文件删除。这样下次再时再次生成文件。这样可以保证传递的数据是一致的。

六、实验心得： 此次实验难度并不算高，只要了解了文件视图的工作流程和实现原理，完成此次实验并不困难。在实验过程中，遇到的问题主要在于对硬盘信息的读取上。硬盘信息在系统mount_root时已经进行了挂载，所以该硬盘的super_block已经保存在系统中，直接调用就可以了。但这里一定要清楚知道文件系统的实现方式，比如minix1.0文件系统由如下信息组成：

|启动区|超级块|inode节点位图|zblock节点位图|inode节点数据区|文件数据区|

而系统中super_block结构中已经记录了相应的信息，同时也保存着缓冲区对应的指针信息。如znone位图的缓冲区指针以及inode位图的缓冲区指针，通过对这些指针的操作就可以取得相应的硬盘信息。