【操作系统百科】/proc 与 /sys

/proc 和 /sys 是内核暴露信息到用户态的两大文件系统——一个历史悠久但混乱，一个设计严谨但有时过于繁琐。

一、先看图

flowchart TD
    KERN[内核数据] --> PROCFS[/proc<br/>进程 + 系统信息]
    KERN --> SYSFS[/sys<br/>设备 + 子系统]

    PROCFS --> PID[/proc/PID/<br/>进程信息]
    PROCFS --> SYS_P[/proc/sys/<br/>sysctl]
    PROCFS --> MISC[/proc/meminfo<br/>/proc/stat 等]

    SYSFS --> CLASS[/sys/class/<br/>设备分类]
    SYSFS --> BUS[/sys/bus/<br/>总线]
    SYSFS --> FS_S[/sys/fs/<br/>文件系统]

    classDef proc fill:#f0883e22,stroke:#f0883e,color:#adbac7;
    classDef sys fill:#388bfd22,stroke:#388bfd,color:#adbac7;
    class PROCFS,PID,SYS_P,MISC proc
    class SYSFS,CLASS,BUS,FS_S sys

二、procfs 设计

2.1 历史

Unix V8（1985）引入 /proc → 最初只有进程信息 → Linux 不断扩展 → 变成”什么都往里塞”。

2.2 常用 /proc/PID 文件

2.3 系统级

cat /proc/meminfo          # 内存信息
cat /proc/stat             # CPU 统计
cat /proc/loadavg          # 负载
cat /proc/interrupts       # 中断计数
cat /proc/slabinfo         # slab 分配器

三、sysfs 设计

3.1 原则

• 每个文件一个值（one value per file）
• 层次结构反映设备拓扑
• 属性由内核子系统注册

3.2 常用路径

/sys/class/net/eth0/speed          # 网卡速度
/sys/block/sda/queue/scheduler     # I/O 调度器
/sys/devices/system/cpu/cpu0/      # CPU 信息
/sys/fs/cgroup/                    # cgroup

3.3 kobject

sysfs 的每个目录对应一个 kobject：

struct kobject {
    const char *name;
    struct kset *kset;
    struct kobj_type *ktype;
    struct kernfs_node *sd;
    // ...
};

四、/proc/sys（sysctl）

sysctl -a                          # 列出所有
sysctl vm.swappiness               # 读取
sysctl -w vm.swappiness=10         # 写入

对应 /proc/sys/ 目录 → 每个文件是一个 sysctl 参数。

五、pid namespace

# 容器内
cat /proc/1/status     # 看到的是容器内的 PID 1
cat /proc/self/status  # NSpid 字段显示多级 PID

pid namespace 影响 /proc 看到的进程 → 容器内只能看到自己 namespace 的进程。

六、/proc 的陷阱

6.1 格式不一致

cat /proc/meminfo      # "Key: Value kB" 格式
cat /proc/stat         # 空格分隔数字
cat /proc/PID/stat     # 括号包围的进程名可能含空格

6.2 竞态

cat /proc/PID/maps     # 进程可能在读取过程中退出

读 /proc 不是原子操作 → 长文件可能不一致。

6.3 容器中的误导

/proc/meminfo 在容器中显示宿主机内存 → 应用可能误判可用内存。

解决：LXCFS 或 /sys/fs/cgroup/memory.max。

七、cgroupfs

/sys/fs/cgroup/             # cgroup v2 统一层次
/sys/fs/cgroup/memory.max   # 内存限制
/sys/fs/cgroup/cpu.max      # CPU 限制

cgroup v2 通过 sysfs 风格接口暴露 → 每文件一值。

八、debugfs 与 tracefs

/sys/kernel/debug/           # debugfs（非稳定 ABI）
/sys/kernel/debug/tracing/   # tracefs（非稳定 ABI）

仅供调试 → 格式随时可能变化。

九、观察

# 进程详情
cat /proc/self/status
cat /proc/self/maps
ls -la /proc/self/fd/

# 系统概览
cat /proc/meminfo | head -10
cat /proc/stat | head -5

# sysfs 设备
ls /sys/class/net/
cat /sys/block/sda/queue/scheduler

# 检查是否在容器中
cat /proc/1/cgroup

十、小结

• /proc 历史悠久 → 混合了进程信息和系统信息
• /sys 设计严谨 → 每文件一值、层次结构
• /proc/sys = sysctl 接口
• pid namespace 影响 /proc 可见性
• 容器中 /proc 可能误导 → 用 cgroup 接口

参考文献

• Documentation/filesystems/proc.rst
• Documentation/admin-guide/sysfs-rules.rst
• Documentation/filesystems/sysfs.rst
• man 5 proc

工具

• cat /proc/...
• sysctl
• /sys/...

上一篇：内核日志 下一篇：POSIX capabilities