如何使用 /proc 文件系统监控 Linux 系统

1. 写在前面

本文，主要介绍 Linux /proc 目录内容，以便我们可以更好地了解其功能。值得注意的是，/proc 目录是所有 Linux 发行版的共同特征，无论其类型或架构如何。

注意： /proc 目录并不是传统意义上的常规文件系统。它是一个虚拟文件系统，包含 procfs 中的进程信息和其他系统相关数据。该文件系统映射到 /proc 目录，并在系统启动过程中加载。

2. 什么是 Linux 中的 /proc ?

/proc 文件系统是内核数据结构和运行时信息的接口，通过虚拟文件的层次结构公开这些数据，为用户和应用程序提供了访问进程、系统配置、硬件等详细信息的途径。

要查看 /proc 文件系统中文件和目录的完整列表，可以使用 ls 命令，如下所示:

jpzhang@dev:~# ls /proc
--------------------------------------------------------------------------------------
1     1089  15     19     19316  21048  21247  25   30   340  40   430  576  782  814  85   89   98     consoles   driver       iomem      keys     locks    mtrr      scsi      sys        uptime
10    11    16     19086  2  21121  21248  26   31   35   41   431  6    788  815  856  9    acpi       cpuinfo    execdomains  ioports    kmsg     mdstat   net       self      sysrq-trigger  version
1009  12    18     19087  20     21144  21249  27   32   36   417  432  671  791  817  86   90   buddyinfo  crypto     fb       irq        kpagecgroup  meminfo  pagetypeinfo  slabinfo  sysvipc        version_signature
... ...

当查阅 /proc 目录时，会发现里面有一些看起来很熟悉的文件以及一大堆编号目录，每个目录都与系统中正在运行的进程相对应。

这些编号目录代表进程，也就是我们熟知的进程 ID（PID），以及其中占用进程的命令。这些文件包含系统信息，如内存（meminfo）、CPU 信息（cpuinfo）和可用文件系统。

关键文件和目录：

/proc/cpuinfo – 列出系统 CPU 的信息，如型号、速度和内核数量;
/proc/meminfo – 列出内存使用的详细信息和统计数据，其中包括内存总量、可用内存和每个进程使用的内存;
/proc/filesystems – 包含内核支持的所有文件系统的列表;
/proc/sys – 列出内核的配置和运行参数;
/proc/loadavg – 显示不同时间间隔（如 1、5 和 15 分钟）内的系统平均负载;
/proc/self – 进程自身目录符号链接;
/proc/stat – 包含有关系统的各种统计信息，如运行进程数、中断数以及 CPU 各状态下所花费的时间;
/proc/uptime – 包含系统运行的时间;
/proc/PID – 包含特定进程的信息，其中 PID 是进程 ID;

2. 提取系统信息

/proc/meminfo 用于显示 Linux 系统的内存使用和统计信息，其中包含各种内存相关指标的快照，对监控系统性能和资源利用率非常有用。

jpzhang@dev:~# cat /proc/meminfo
--------------------------------------------------------------------------------------
MemTotal:        8167832 kB
MemFree:         5891108 kB
MemAvailable:    7694160 kB
Buffers:          895200 kB
Cached:           699816 kB
SwapCached:            0 kB
Active:          1260540 kB
Inactive:         417240 kB
Active(anon):      83160 kB
Inactive(anon):      280 kB
Active(file):    1177380 kB
Inactive(file):   416960 kB
Unevictable:           0 kB
Mlocked:               0 kB
SwapTotal:             0 kB
SwapFree:              0 kB
Dirty:                 0 kB
Writeback:             0 kB
AnonPages:         82764 kB
Mapped:           130724 kB
Shmem:               676 kB
Slab:             552168 kB
SReclaimable:     511448 kB
SUnreclaim:        40720 kB
KernelStack:        2240 kB
PageTables:         6044 kB
NFS_Unstable:          0 kB
Bounce:                0 kB
WritebackTmp:          0 kB
CommitLimit:     4083916 kB
Committed_AS:     617768 kB
VmallocTotal:   34359738367 kB
VmallocUsed:           0 kB
VmallocChunk:          0 kB
HardwareCorrupted:     0 kB
AnonHugePages:         0 kB
ShmemHugePages:        0 kB
ShmemPmdMapped:        0 kB
CmaTotal:              0 kB
CmaFree:               0 kB
HugePages_Total:       0
HugePages_Free:        0
HugePages_Rsvd:        0
HugePages_Surp:        0
Hugepagesize:       2048 kB
DirectMap4k:      100204 kB
DirectMap2M:     5142528 kB
DirectMap1G:     5242880 kB

如上输出，/proc/meminfo 包含大量有关系统内存的信息，包括最上面两行的可用内存总量（单位：kb）和空闲内存量。

对 /proc 中的任何文件运行 cat 命令都会输出其内容。有关任何文件的信息都可以在 man page 中找到：

man 5 /proc/<filename>

示例：

jpzhang@dev:~# man 5 /proc/cpuinfo
--------------------------------------------------------------------------------------
processor       :  0  vendor_id       :  GenuineIntel  cpu  fami‐
ly      : 6 model           : 58  model  name      :  Intel  Xeon
E3‐12xx   v2   (Ivy   Bridge,   IBRS)   stepping        :  9  mi‐
crocode       : 0x1 cpu MHz         : 2500.000 cache  size      :
16384   KB   physical   id     :   0   siblings        :  1  core
id         : 0 cpu cores       : 1  apicid          :  0  initial
apicid  :  0  fpu             :  yes  fpu_exception   : yes cpuid
level     : 13 wp              : yes flags           : fpu vme de
pse  tsc  msr  pae  mce  cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36
clflush mmx fxsr sse sse2 ss syscall nx pdpe1gb  rdtscp  lm  con‐
stant_tsc   rep_good  nopl  xtopology  cpuid  tsc_known_freq  pni
pclmulqdq  vmx  ssse3  cx16  pcid  sse4_1  sse4_2  x2apic  popcnt
tsc_deadline_timer  aes  xsave avx f16c rdrand hypervisor lahf_lm
cpuid_fault pti ssbd ibrs ibpb stibp tpr_shadow vnmi flexpriority
ept  vpid  fsgsbase  tsc_adjust  smep  erms  xsaveopt  arat  umip
md_clear arch_capabilities bugs            :  cpu_meltdown  spec‐
tre_v1   spectre_v2   spec_store_bypass  l1tf  mds  swapgs  srbds
mmio_unknown  bogomips        :  5000.00  clflush  size    :   64
cache_alignment :  64 address sizes   : 40 bits physical, 48 bits
virtual power management:
... ...

简单介绍一下 /proc 的文件：

/proc/cmdline – 内核命令行信息；
/proc/console – 当前控制台信息，包括 tty；
/proc/devices – 当前为运行内核配置的设备驱动程序；
/proc/dma – 当前 DMA 通道的信息；
/proc/fb – 帧缓冲设备；
/proc/filesystems – 当前内核支持的文件系统；
/proc/iomem – 当前设备的系统内存映射；
/proc/ioports – 与设备进行输入输出通信的注册端口区域；
/proc/loadavg – 系统平均负载；
/proc/locks – 当前被内核锁定的文件；
/proc/meminfo – 有关系统内存的信息；
/proc/misc – 为其他主要设备注册的其他驱动程序；
/proc/modules – 当前加载的内核模块；
/proc/mounts – 系统使用的所有挂载列表；
/proc/partitions – 系统可用分区的详细信息；
/proc/pci – 每个 PCI 设备的信息；
/proc/stat – 记录上次重启后的各种统计信息；
/proc/swap – 有关交换空间的信息；
/proc/uptime – 正常运行时间信息（以秒为单位）；
/proc/version – 内核版本、gcc 版本和安装的 Linux 发行版；

3. 提取流程信息

在 /proc 的编号目录中，你会发现一些文件和链接，这些目录的编号与其中运行命令的 PID 相关。

例如，进入 /proc/<PID>，可获得以下详细信息：

/proc/<PID>/cmdline – 用于启动进程的命令行参数;
/proc/<PID>/status – 详细状态信息，包括内存使用情况和进程统计信息;
/proc/<PID>/fd – 进程打开的文件的符号链接;

以查看名为 /proc/15 的文件夹为例：

jpzhang@dev:/proc/15# ls
--------------------------------------------------------------------------------------
attr       cgroup      comm     cwd  fd   io        map_files  mountinfo   net        oom_adj        pagemap      projid_map  schedstat  smaps         stat    syscall  timerslack_ns
autogroup  clear_refs  coredump_filter  environ  fdinfo   limits    maps       mounts      ns         oom_score      patch_state  root        sessionid  smaps_rollup  statm   task uid_map
auxv       cmdline     cpuset       exe  gid_map  loginuid  mem        mountstats  numa_maps  oom_score_adj  personality  sched       setgroups  stack         status  timers   wchan

jpzhang@dev:/proc/15# cat /proc/15/status 
--------------------------------------------------------------------------------------
Name:   migration/1
Umask:  0000
State:  S (sleeping)
Tgid:   15
Ngid:   0
Pid:    15
PPid:   2
TracerPid:  0
Uid:    0   0   0   0
Gid:    0   0   0   0
... ...