详解Linux中的虚拟文件系统

除了 /tmp 之外，大多数 Linux 用户最熟悉的 VFS 是 /proc 和 /sys。（/dev 依赖于共享内存，而没有 file_operations 结构）。为什么有两种呢？让我们来看看更多细节。

procfs 为用户空间提供了内核及其控制的进程的瞬时状态的快照。在 /proc 中，内核发布有关其提供的设施的信息，如中断、虚拟内存和调度程序。此外，/proc/sys 是存放可以通过 sysctl 命令配置的设置的地方，可供用户空间访问。单个进程的状态和统计信息在 /proc/<PID> 目录中报告。

/proc/meminfo 是一个空文件，但仍包含有价值的信息。

/proc 文件的行为说明了 VFS 可以与磁盘上的文件系统不同。一方面，/proc/meminfo 包含了可由命令 free 展现出来的信息。另一方面，它还是空的！怎么会这样？这种情况让人联想起康奈尔大学物理学家 N. David Mermin 在 1985 年写的一篇名为《没有人看见月亮的情况吗？现实和量子理论》。事实是当进程从 /proc 请求数据时内核再收集有关内存的统计信息，而且当没有人查看它时，/proc 中的文件实际上没有任何内容。正如 Mermin 所说，“这是一个基本的量子学说，一般来说，测量不会揭示被测属性的预先存在的价值。”（关于月球的问题的答案留作练习。）

当没有进程访问它们时，/proc 中的文件为空。（来源）

procfs 的空文件是有道理的，因为那里可用的信息是动态的。sysfs 的情况则不同。让我们比较一下 /proc 与 /sys 中不为空的文件数量。

procfs 只有一个不为空的文件，即导出的内核配置，这是一个例外，因为每次启动只需要生成一次。另一方面，/sys 有许多更大一些的文件，其中大多数由一页内存组成。通常，sysfs 文件只包含一个数字或字符串，与通过读取 /proc/meminfo 等文件生成的信息表格形成鲜明对比。

sysfs 的目的是将内核称为 “kobject” 的可读写属性公开给用户空间。kobject 的唯一目的是引用计数：当删除对 kobject 的最后一个引用时，系统将回收与之关联的资源。然而，/sys 构成了内核著名的“到用户空间的稳定 ABI”，它的大部分内容在任何情况下都没有人能“破坏”。但这并不意味着 sysfs 中的文件是静态，这与易失性对象的引用计数相反。

内核的稳定 ABI 限制了 /sys 中可能出现的内容，而不是任何给定时刻实际存在的内容。列出 sysfs 中文件的权限可以了解如何设置或读取设备、模块、文件系统等的可配置、可调参数。逻辑上强调 procfs 也是内核稳定 ABI 的一部分的结论，尽管内核的文档没有明确说明。

sysfs 中的文件确切地描述了实体的每个属性，并且可以是可读的、可写的，或两者兼而有之。文件中的“0”表示 SSD 不可移动的存储设备。

用 eBPF 和 bcc 工具一窥 VFS 内部

了解内核如何管理 sysfs 文件的最简单方法是观察它的运行情况，在 ARM64 或 x86_64 上观看的最简单方法是使用 eBPF。eBPF（扩展的伯克利数据包过滤器extended Berkeley Packet Filter）由在内核中运行的虚拟机组成，特权用户可以从命令行进行查询。内核源代码告诉读者内核可以做什么；而在一个启动的系统上运行 eBPF 工具会显示内核实际上做了什么。

令人高兴的是，通过 bcc 工具入门使用 eBPF 非常容易，这些工具在主要 Linux 发行版的软件包 中都有，并且已经由 Brendan Gregg 给出了充分的文档说明。bcc 工具是带有小段嵌入式 C 语言片段的 Python 脚本，这意味着任何对这两种语言熟悉的人都可以轻松修改它们。据当前统计，bcc/tools 中有 80 个 Python 脚本，使得系统管理员或开发人员很有可能能够找到与她/他的需求相关的已有脚本。

要了解 VFS 在正在运行中的系统上的工作情况，请尝试使用简单的 vfscount 或 vfsstat 脚本，这可以看到每秒都会发生数十次对 vfs_open() 及其相关的调用。

vfsstat.py 是一个带有嵌入式 C 片段的 Python 脚本，它只是计数 VFS 函数调用。

（编辑：常州站长网）

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