Linux-ToolKit-procps
2019-11-28 11:24:26 
阿炯
procps全称为procps-ng: System and process monitoring utilities(/proc 文件系统工具)
此软件包提供了命令行和全屏实用程序用于浏览 procfs，该伪文件系统由内核动态生成，以提供进程表中条目状态的相关信息(例如进程是否在运行、停止或僵死)。它包含了 free, kill, pkill, pgrep, pmap, ps, pwdx, skill, slabtop,snice, sysctl, tload, top, uptime, vmstat, w, watch 等指令，有些可能要用root用户才能执行。
procps is a set of command line and full-screen utilities that provide information out of the pseudo-filesystem most commonly located at /proc.This filesystem provides a simple interface to the kernel data structures.The programs of procps generally concentrate on the structures that describe the processess running on the system.The following programs are found in procps:
关于 proc 伪文件系统
1、为何需要 /proc：设计初衷
在早期 Unix/Linux 系统中，内核状态和进程信息的获取依赖于专用工具（如 ps、top）或复杂的系统调用（如 ioctl）。这种方式存在以下问题：
1.接口碎片化
不同功能需要不同的工具或调用，缺乏统一接口。
2.实时性差
工具通常通过解析静态文件（如 /etc/passwd）或缓存数据，无法反映动态变化。
3.开发复杂度高
开发者需要深入理解内核结构和系统调用，调试困难。
/proc 的核心理念：将内核和进程的运行时状态抽象为虚拟文件，用户通过标准文件操作（cat、echo、read）即可与内核交互，实现“一切皆文件”的哲学。
2、历史脉络：从雏形到标准化
1984年：8th Edition Unix 首次引入 /proc，用于调试进程（每个进程对应一个目录），但功能有限。
1992年：Linux v0.96 借鉴并扩展了 /proc，不仅包含进程信息，还暴露硬件状态（CPU、内存、设备）和内核参数。
2000年后：随着 Linux 在服务器和嵌入式领域的普及，/proc 成为系统监控和调优的核心工具，并被 POSIX 标准部分采纳。
/proc 文件系统的设计源于早期 Unix 系统对动态内核数据访问的需求。传统文件系统仅用于存储静态数据，而操作系统内核的状态（如进程信息、硬件配置等）需要一种更灵活的交互方式。1984 年，Tom J. Killian 在 Unix 第八版中首次提出 /proc 的概念，将其作为进程信息伪文件系统，用于调试和监控进程。Linux 继承了这一理念，并在 1990 年代初期将其扩展为内核与用户空间的动态接口。随着 Linux 内核的演进，/proc 的功能逐渐丰富，不仅涵盖进程信息，还纳入了系统硬件状态、内核参数调整等能力。
2.1 核心特性与功能
/proc 是一个伪文件系统（Pseudo Filesystem），其文件和目录并非真实存储在磁盘上，而是由内核实时生成，仅存在于内存中。它的核心功能包括：
系统信息暴露：如 CPU 信息（/proc/cpuinfo）、内存状态（/proc/meminfo）。
进程管理：每个进程对应 /proc/[pid]/ 目录，包含命令行参数（cmdline）、环境变量（environ）等实时数据。
内核参数调整：通过 /proc/sys/ 目录动态修改网络、内存管理等参数（如 sysctl 命令的底层实现）。
硬件设备监控：如中断统计（/proc/interrupts）、设备挂载信息（/proc/mounts）。
2.2. 应用场景示例
性能监控：通过 /proc/stat 计算 CPU 利用率，或分析 /proc/net/dev 获取网络流量。
调试工具依赖：top、ps 等工具基于 /proc 数据实现进程状态展示。
动态调优：修改 /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies 可防御 SYN 洪水攻击。
2.3、用户与内核的桥梁
/proc 以文件系统形式提供标准化访问接口，简化了用户态工具与内核的交互。
实时性与动态性：数据实时生成，无需重启即可生效，适合动态系统调试和优化。
生态系统依赖：大量系统工具（如 lsof、htop）和容器技术（如 Docker）依赖 /proc 获取底层信息。
3、核心功能与应用场景
1. 进程信息抽象
路径格式：/proc/[PID]/，例如 /proc/1/ 对应 init 进程。
关键文件
status：进程状态（内存、信号、用户ID）。
cmdline：启动命令参数。
fd/：进程打开的文件描述符。
maps：内存映射区域（如共享库）。
应用示例：
# 查看进程1的启动命令
cat /proc/1/cmdline
# 统计当前系统进程数
ls -d /proc/[0-9]* | wc -l
2. 硬件与内核状态
系统级信息：
/proc/cpuinfo：CPU型号、核心数、频率。
/proc/meminfo：内存总量、使用情况、缓存。
/proc/interrupts：中断分配统计。
/proc/net/dev：网络接口流量。
内核参数动态调整：
/proc/sys/
目录下的文件（如 net/ipv4/ip_forward）允许运行时修改内核参数。
# 启用IP转发（临时生效）
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
调试与性能分析
# 监控系统内存变化（每秒刷新）
watch -n 1 "cat /proc/meminfo | grep -i 'free\|available'"
分析进程资源
# 查看进程12345的内存映射（检测内存泄漏）
cat /proc/12345/maps
与其他伪文件系统的对比
虽然 Linux 后续引入了 sysfs（设备驱动模型）、cgroupfs（资源控制）等伪文件系统，但 /proc 仍是最核心的动态信息源。例如 sysfs 聚焦硬件设备层次结构，而 /proc 更侧重进程和内核状态。
4、Linux生态的“神经中枢”
统一接口：开发者无需依赖特定工具库，通过文件读写即可获取信息。
动态性：数据实时生成，反映系统瞬时状态（如 uptime 文件每秒变化）。
可扩展性：内核模块可通过 /proc 暴露自定义接口（需调用 proc_create()）。
安全性：权限模型与普通文件一致（如 stat 文件仅 root 可读）。
5、局限性与发展
性能开销：频繁读取大文件（如 /proc/kallsyms）可能影响性能。
替代方案：Linux 4.0+ 引入 sysfs（/sys）和 debugfs，将设备驱动和调试信息从 /proc 剥离，保持其简洁性。
未来趋势：容器化场景下，/proc 需隔离（如 Kubernetes 中每个 Pod 看到独立的 /proc）。
6、proc 核心思维
“透明化”内核：通过文件系统抽象，降低系统管理的技术门槛。
“自省”能力：为开发者提供一把窥探内核的“瑞士军刀”。
“动态配置”典范：无需重启即可调整系统行为，奠定了 Linux 作为服务器操作系统的统治地位。
free
Report the amount of free and used memory in the system
报告系统中空闲和使用的内存容量(包括物理和交换内存)
kill
Send a signal to a process based on PID
根据名称和其它属性给进程发送信号
pgrep
List processes based on name or other attributes
根据名称和其它属性查找进程
pkill
Send a signal to a process based on name or other attributes
根据名称和其它属性给进程发送信号
pmap
Report memory map of a process
报告指定进程的内存映射情况
ps
Report information of processes
列出正在运行的进程
pwdx
Report current directory of a process
报告进程的当前工作目录
slabtop
Display kernel slab cache information in real time
实时显示内核 slab 缓存信息
snice
Renice a process
调整进程运行的运行优先级
sysctl
Read or Write kernel parameters at run-time
运行时修改内核参数
tload
Graphical representation of system load average
打印当前系统平均负载曲线图
top
Dynamic real-time view of running processes
显示最 CPU 密集型进程列表，它可以实时地连续查看处理器活动
uptime
Display how long the system has been running
报告系统运行时长、登录用户数目以及系统平均负载
vmstat
Report virtual memory statistics
报告虚拟内存统计信息、给出关于进程、内存、分页、块输入/输出(IO)、中断陷阱以及 CPU 活动的信息
w
Report logged in users and what they are doing
显示当前登录的用户、以及登录地点和时间
watch
Execute a program periodically, showing output fullscreen
重复运行指定命令，显示输出的第一个整屏；这允许用户查看随着时间的输出变化
libprocps
包含该软件包大部分程序使用的函数
项目主页：https://gitlab.com/procps-ng/procps
此软件包提供了命令行和全屏实用程序用于浏览 procfs，该伪文件系统由内核动态生成，以提供进程表中条目状态的相关信息(例如进程是否在运行、停止或僵死)。它包含了 free, kill, pkill, pgrep, pmap, ps, pwdx, skill, slabtop,snice, sysctl, tload, top, uptime, vmstat, w, watch 等指令，有些可能要用root用户才能执行。
procps is a set of command line and full-screen utilities that provide information out of the pseudo-filesystem most commonly located at /proc.This filesystem provides a simple interface to the kernel data structures.The programs of procps generally concentrate on the structures that describe the processess running on the system.The following programs are found in procps:
关于 proc 伪文件系统
1、为何需要 /proc：设计初衷
在早期 Unix/Linux 系统中，内核状态和进程信息的获取依赖于专用工具（如 ps、top）或复杂的系统调用（如 ioctl）。这种方式存在以下问题：
1.接口碎片化
不同功能需要不同的工具或调用，缺乏统一接口。
2.实时性差
工具通常通过解析静态文件（如 /etc/passwd）或缓存数据，无法反映动态变化。
3.开发复杂度高
开发者需要深入理解内核结构和系统调用，调试困难。
/proc 的核心理念：将内核和进程的运行时状态抽象为虚拟文件，用户通过标准文件操作（cat、echo、read）即可与内核交互，实现“一切皆文件”的哲学。
2、历史脉络：从雏形到标准化
1984年：8th Edition Unix 首次引入 /proc，用于调试进程（每个进程对应一个目录），但功能有限。
1992年：Linux v0.96 借鉴并扩展了 /proc，不仅包含进程信息，还暴露硬件状态（CPU、内存、设备）和内核参数。
2000年后：随着 Linux 在服务器和嵌入式领域的普及，/proc 成为系统监控和调优的核心工具，并被 POSIX 标准部分采纳。
/proc 文件系统的设计源于早期 Unix 系统对动态内核数据访问的需求。传统文件系统仅用于存储静态数据，而操作系统内核的状态（如进程信息、硬件配置等）需要一种更灵活的交互方式。1984 年，Tom J. Killian 在 Unix 第八版中首次提出 /proc 的概念，将其作为进程信息伪文件系统，用于调试和监控进程。Linux 继承了这一理念，并在 1990 年代初期将其扩展为内核与用户空间的动态接口。随着 Linux 内核的演进，/proc 的功能逐渐丰富，不仅涵盖进程信息，还纳入了系统硬件状态、内核参数调整等能力。
2.1 核心特性与功能
/proc 是一个伪文件系统（Pseudo Filesystem），其文件和目录并非真实存储在磁盘上，而是由内核实时生成，仅存在于内存中。它的核心功能包括：
系统信息暴露：如 CPU 信息（/proc/cpuinfo）、内存状态（/proc/meminfo）。
进程管理：每个进程对应 /proc/[pid]/ 目录，包含命令行参数（cmdline）、环境变量（environ）等实时数据。
内核参数调整：通过 /proc/sys/ 目录动态修改网络、内存管理等参数（如 sysctl 命令的底层实现）。
硬件设备监控：如中断统计（/proc/interrupts）、设备挂载信息（/proc/mounts）。
2.2. 应用场景示例
性能监控：通过 /proc/stat 计算 CPU 利用率，或分析 /proc/net/dev 获取网络流量。
调试工具依赖：top、ps 等工具基于 /proc 数据实现进程状态展示。
动态调优：修改 /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies 可防御 SYN 洪水攻击。
2.3、用户与内核的桥梁
/proc 以文件系统形式提供标准化访问接口，简化了用户态工具与内核的交互。
实时性与动态性：数据实时生成，无需重启即可生效，适合动态系统调试和优化。
生态系统依赖：大量系统工具（如 lsof、htop）和容器技术（如 Docker）依赖 /proc 获取底层信息。
3、核心功能与应用场景
1. 进程信息抽象
路径格式：/proc/[PID]/，例如 /proc/1/ 对应 init 进程。
关键文件
status：进程状态（内存、信号、用户ID）。
cmdline：启动命令参数。
fd/：进程打开的文件描述符。
maps：内存映射区域（如共享库）。
应用示例：
# 查看进程1的启动命令
cat /proc/1/cmdline
# 统计当前系统进程数
ls -d /proc/[0-9]* | wc -l
2. 硬件与内核状态
系统级信息：
/proc/cpuinfo：CPU型号、核心数、频率。
/proc/meminfo：内存总量、使用情况、缓存。
/proc/interrupts：中断分配统计。
/proc/net/dev：网络接口流量。
内核参数动态调整：
/proc/sys/
目录下的文件（如 net/ipv4/ip_forward）允许运行时修改内核参数。
# 启用IP转发（临时生效）
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
调试与性能分析
# 监控系统内存变化（每秒刷新）
watch -n 1 "cat /proc/meminfo | grep -i 'free\|available'"
分析进程资源
# 查看进程12345的内存映射（检测内存泄漏）
cat /proc/12345/maps
与其他伪文件系统的对比
虽然 Linux 后续引入了 sysfs（设备驱动模型）、cgroupfs（资源控制）等伪文件系统，但 /proc 仍是最核心的动态信息源。例如 sysfs 聚焦硬件设备层次结构，而 /proc 更侧重进程和内核状态。
4、Linux生态的“神经中枢”
统一接口：开发者无需依赖特定工具库，通过文件读写即可获取信息。
动态性：数据实时生成，反映系统瞬时状态（如 uptime 文件每秒变化）。
可扩展性：内核模块可通过 /proc 暴露自定义接口（需调用 proc_create()）。
安全性：权限模型与普通文件一致（如 stat 文件仅 root 可读）。
5、局限性与发展
性能开销：频繁读取大文件（如 /proc/kallsyms）可能影响性能。
替代方案：Linux 4.0+ 引入 sysfs（/sys）和 debugfs，将设备驱动和调试信息从 /proc 剥离，保持其简洁性。
未来趋势：容器化场景下，/proc 需隔离（如 Kubernetes 中每个 Pod 看到独立的 /proc）。
6、proc 核心思维
“透明化”内核：通过文件系统抽象，降低系统管理的技术门槛。
“自省”能力：为开发者提供一把窥探内核的“瑞士军刀”。
“动态配置”典范：无需重启即可调整系统行为，奠定了 Linux 作为服务器操作系统的统治地位。
free
Report the amount of free and used memory in the system
报告系统中空闲和使用的内存容量(包括物理和交换内存)
kill
Send a signal to a process based on PID
根据名称和其它属性给进程发送信号
pgrep
List processes based on name or other attributes
根据名称和其它属性查找进程
pkill
Send a signal to a process based on name or other attributes
根据名称和其它属性给进程发送信号
pmap
Report memory map of a process
报告指定进程的内存映射情况
ps
Report information of processes
列出正在运行的进程
pwdx
Report current directory of a process
报告进程的当前工作目录
slabtop
Display kernel slab cache information in real time
实时显示内核 slab 缓存信息
snice
Renice a process
调整进程运行的运行优先级
sysctl
Read or Write kernel parameters at run-time
运行时修改内核参数
tload
Graphical representation of system load average
打印当前系统平均负载曲线图
top
Dynamic real-time view of running processes
显示最 CPU 密集型进程列表，它可以实时地连续查看处理器活动
uptime
Display how long the system has been running
报告系统运行时长、登录用户数目以及系统平均负载
vmstat
Report virtual memory statistics
报告虚拟内存统计信息、给出关于进程、内存、分页、块输入/输出(IO)、中断陷阱以及 CPU 活动的信息
w
Report logged in users and what they are doing
显示当前登录的用户、以及登录地点和时间
watch
Execute a program periodically, showing output fullscreen
重复运行指定命令，显示输出的第一个整屏；这允许用户查看随着时间的输出变化
libprocps
包含该软件包大部分程序使用的函数
项目主页：https://gitlab.com/procps-ng/procps