Magic Linux开发入门指南(五)
2.6 虚拟文件系统
前面几节所介绍的目录和文件，都是真真正正、实实在在的存储在具体的外部
存储设备上的，它们可能是在本机的硬盘、闪存、光盘中，可能保存在不只一个磁
盘分区中，也可能保存在网络中其它主机的存储设备中的。本节所介绍的几个文件
系统，虽然它们出现在根文件系统中，但它里面的内容却无法在任何外部存储设备
中找到，因为它们都在内存中。
2.6.1 proc文件系统
proc是一个重要虚拟文件系统，通过它里面的一些文件，可以获取系统状态信
息并修改某些系统的配置信息。proc文件系统本身不占用磁盘空间，它仅存在于内
存之中，为操作系统本身和应用程序之间的通信提供了一个安全的接口。当我们在
内核中添加了新功能或设备驱动时，经常需要得到一些系统状态的信息，一般这样
的功能可能需要经过一些象ioctl()这样的系统调用来完成。系统调用接口对于一些功
能性的信息可能是适合的，因为应用程序必须将这些信息读出后再做一定的处理。
但对于一些实时性的系统信息，例如内存的使用状况，或者是驱动设备的统计资料
等，我们更需要一个比较简单易用的接口来取得它们。proc文件系统就是这样的一
个接口，我们可以简单的用cat、strings程序来查看这些信息。例如，执行下面的命
令：
#cat /proc/meminfo
你可能会得到如下结果：
MemTotal: 254272 kB
MemFree: 104416 kB
Buffers: 23940 kB
Cached: 103972 kB
SwapCached: 0 kB
Active: 64660 kB
Inactive: 69276 kB
HighTotal: 0 kB
HighFree: 0 kB
LowTotal: 254272 kB
LowFree: 104416 kB
SwapTotal: 522072 kB
SwapFree: 522072 kB
Dirty: 48 kB
Writeback: 0 kB
Mapped: 11708 kB
Slab: 11364 kB
CommitLimit: 649208 kB
Committed_AS: 16064 kB
PageTables: 320 kB
VmallocTotal: 770040 kB
VmallocUsed: 7916 kB
VmallocChunk: 760564 kB
HugePages_Total: 0
HugePages_Free: 0
Hugepagesize: 4096 kB
同样的，free、df、top、ps等程序的功能实现，强烈依赖于proc文件系统，为了使用
那些程序，一定要使内核支持proc文件系统，并将其挂接到根文件系统的/proc目录
下。
下表所列的文件或符号连接会出现在/proc目录下，但并不详尽，具体都包含那
些，取决于你的内核配置和具体的硬件设备。
| 名称 |
功能 |
| apm |
高级电源管理信息。 |
| buddyinfo |
Buddy算法内存分配信息。 |
| cmdline |
内核的命令行参数。 |
| config.gz |
当前内核的.config文件。 |
| cpuinfo |
cpu信息 |
| devices |
可以用到的设备（块设备/字符设备） |
| diskstats |
磁盘I/O统计信息。 |
| dma |
使用的DMA通道 |
| execdomains |
执行区域列表。 |
| fb |
Frame buffer信息 |
| filesystems |
支持的文件系统 |
| interrupts |
中断的使用情况，记录中断产生次数。 |
| iomem |
I/O内存映射信息 |
| ioports |
I/O端口分配情况 |
| kcore |
内核核心映像，GDB可以利用它查看当前内核的所有数据结构状态。 |
| key-users |
密钥保留服务文件 |
| kmsg |
内核消息 |
| ksyms |
内核符号表 |
| loadavg |
负载均衡信息 |
| locks |
内核锁 |
| mdstat |
磁盘阵列状态 |
| meminfo |
内存信息 |
| misc |
杂项信息 |
| modules |
系统已经加载的模块文本列表 |
| mounts |
已挂接的文件系统列表 |
| partitions |
磁盘分区信息 |
| pci |
内核识别的PCI设备列表 |
| self |
访问proc文件系统的进程信息 |
| slabinfo |
内核缓存信息 |
| splash |
splash信息 |
| stat |
全面统计状态表 |
| swaps |
交换空间使用情况 |
| uptime |
系统正常运行时间 |
| version |
内核版本 |
| vmstat |
虚拟内存统计表 |
| zoneinfo |
内存管理区信息 |
表2-6-1
下表所列的目录会出现在/proc目录下，但并不详尽，具体包含那些，取决于你
的内核配置和具体的硬件设备。
| 名称 |
功能 |
| [number] |
进程信息 |
| acpi |
高级配置与电源接口 |
| asound |
ALSA声卡驱动接口 |
| bus |
系统中已安装的总线信息 |
| dirver |
空目录 |
| fs |
空目录 |
| ide |
IDE设备信息 |
| irq |
中断请求设置接口 |
| net |
网络各种状态信息 |
| scsi |
SCSI设备信息 |
| sys |
内核配置接口 |
| sysvipc |
中断的使用情况，记录中断产生次数。 |
| tty |
tty驱动信息 |
表2-6-2
proc文件系统的详细内容可以通过执行 man proc命令获得，这里就不再进行更为详
细的介绍了。
2.6.2 sysfs文件系统
与proc文件系统类似，sysfs文件系统也是一个不占有任何磁盘空间的虚拟文件系
统。它通常被挂接在/sys目录下。sysfs文件系统是Linux2.6内核引入的，它把连接在系
统上的设备和总线组织成为一个分级的文件，使得它们可以在用户空间存取。其实
sysfs是从proc和devfs中划分出来的。
/sys目录下会包含下表所列的目录，但并不详尽，不过具体内容还取决于内的配
置和具体的硬件设备。
| 名称 |
功能 |
| block |
块设备 |
| bus |
系统总线 |
| class |
设备组 |
| devices |
系统设备 |
| firmware |
固件 |
| kernel |
内核 |
| module |
内核模块 |
| power |
供电系统 |
表2-6-3
讲述sysfs文件系统各目录的详细内容已经超出本文的范围，感兴趣的读者可以查看
有关Linux驱动程序开发的书籍。
2.6.3 devfs文件系统
devfs，也叫设备文件系统（Device Filesystem），设计它的唯一目的就是提供一
个新的（更理性的）方式管理通常位于/dev的所有块设备和字符设备。典型的 /dev
树包含数百个块特殊文件和字符特殊文件，它们全都在根文件系统上。每个特殊文
件都可以让用户空间进程轻松地与内核设备实现交互。举例来说，通过对这些特殊
文件执行操作，你的X服务器就能够访问视频硬件，fsck可以执行文件系统检验，lpd
可以通过并行端口向打印机发送数据。
实际上，通常Linux和Unix更“酷”的方面是，设备不是简单地隐藏在晦涩的
API 之后，而是真正地与普通文件、目录和符号链接一样存在于文件系统上。因为
字符和块设备是映射到普通文件系统名称空间的，我们通常可以用有意义的方式来
与硬件交互，可以仅使用标准 Unix 命令，如 cat 和 dd。除了有趣之外，这还使我
们有更强的能力，并提高生产力。
下表所列的文件或符号连接可能会出现在/dev目录下，但并不详尽，具体内容取
决于你的具体硬件设备。
| 名称 |
功能 |
| audio |
音品设备 |
| cdrom[0-9] |
cdrom设备，这往往是一个符号连接 |
| console |
系统控制台 |
| core |
内核镜像，为/proc/kcore的符号连接 |
| dmmidi |
固件 |
| dsp |
内核 |
| dvd |
dvd设备，这往往是一个符号连接 |
| fb |
Frame buffer，一般为/dev/fb0的符号连接 |
| fb0 |
Frame buffer设备 |
| fd |
文件描述符，/proc/self/fd的符号连接 |
| fd[0-9]+ |
软盘设备 |
| floppy |
软盘设备，一般为fd[0-9]的符号连接 |
| full |
满设备，任何写入操作都会失败，并把errno设为ENOSPC，以表示没有剩余空间。 |
| fuse |
用户空间的虚拟文件系统 |
| hd[a-z][1-9]+ |
IDE硬盘 |
| sd[a-z][1-9]+ |
SCSI或SATA硬盘 |
| hpet |
HPET设备 |
| initctl |
用户与init进程交互的通道。 |
| kmem |
存取经过内核虚拟之后的内存 |
| kmsg |
任何对该文件的写入都将作为printk的输出 |
| log |
syslog的本地套接字 |
| loop[0-9] |
回环设备，一个磁盘文件模拟一个块设备。 |
| lp[0-9] |
打印机 |
| md[0-9] |
RAID设备 |
| mem |
直接存取物理内存 |
| midi |
MIDI设备 |
| mixer |
混音器 |
| null |
控设备。任何写入都将直接被丢弃，任何读取都将得到EOF |
| parport[0-9] |
并口 |
| port |
存取I/O端口 |
| ppp |
ppp拨号设备 |
| psaux |
PS/2鼠标 |
| ptmx |
所有PTY master的复用器 |
| pty[a-z]+[1-9]+ |
伪终端，用于创建ssh等登陆会话 |
| ram[0-9]+ |
RAM disk，initrd只能使用ram0 |
| ramdisk |
ram0的符号连接 |
| random |
随机数发生器。完全有用户的输入来产生随机数。如果用户停止所有动作，则停止产生随机数。 |
| root |
根分区，这是一个到根分区设备的符号连接。 |
| rtc |
实时时钟 |
| stderr |
标准错误输出，/proc/self/fd/2的符号连接 |
| stdin |
标准输入，/proc/self/fd/0的符号连接 |
| stdout |
标准输出，/proc/self/fd/1的符号连接 |
| tty[1-9,a-z]+ |
tty虚拟控制台，tty为当前控制台 |
| ttyS[0-9] |
串口 |
| urandom |
更快，但是不够安全的随机数发生器。 |
| vcs[1-9,a-z]+ |
虚拟控制台的文本内容，一一对应。 |
| X0R |
/dev/null的符号连接 |
| XOR |
/dev/null的符号连接 |
| zero |
0字节源，可以读取到无限多的0字节。 |
表2-6-4
下表所列的目录可能会出现在/dev目录下，但不是全部，具体情况与你的内核配
置和硬件设备有关。
| 名称 |
功能 |
| cpu |
cpu信息 |
| disk |
磁盘/光盘信息，里面的内容为具体设备的符号连接 |
| input |
设备组 |
| mapper |
RAID和LVM控制接口 |
| net |
VMware和Qemu等使用的虚拟网卡 |
| pts |
devpts文件系统挂载点，用于实现伪终端 |
| raw |
裸设备操作 |
| shm |
Linux独有的tmpfs文件系统挂接点。 |
| snd |
声卡控制接口 |
表2-6-5
devfs文件文件系统是内核自动挂接的，当挂接好devfs文件系统后，才能正确执
行init程序。Linux上devfs文件系统与后面讲述的tmpfs文件系统使用相同结构。
2.6.4 tmpfs文件系统
tmpfs文件系统是Linux特有的文件系统，唯一的标准挂接点是/dev/shm。当然，用
户可以将其挂接在其他地方。
tmpfs有些像虚拟磁盘（ramdisk），但不是一回事。说其像虚拟磁盘，是因为它
可以使用你的RAM，但它也可以使用你的交换分区。传统的虚拟磁盘是一个块设
备，而且需要一个mkfs之类的命令格式化它才能使用。tmpfs是一个独立的文件系
统，不是块设备，只要挂接，立即就可以使用。
tmpfs的大下是不确定的，它最初只有很小的空间，但随着文件的复制和创建，
它的大小就会不断变化，换句话说，它会根据你的实际需要而改变大小；tmpfs的速
度非常惊人，毕竟它是驻留在RAM中的，即使用了交换分区，性能仍然非常卓越；
由于tmpfs是驻留在RAM的，因此它的内容是不持久的，断电后，tmpfs的内容就消失
了，这也是被称作tmpfs的根本原因。
有效的使用tmpfs可以极大的提高应用程序或整个系统的性能。有关tmpfs的详细
内容，还请读者参阅其他相关著作，毕竟本文讲述的是一个Linux发行版的开发。
2.6.5 usbdevfs文件系统
顾名思义，usbdevfs就是USB设备文件系统，它是一个动态生成的文件系统，有
些类似于proc文件系统。它的标准挂接点是/proc/bus/usb，当然，也可以挂接到其他
地方。它主要用于：用户级驱动、即插即用、提供USB设备信息、应用程序轮询
USB设备的变化等。
2.6.6 devpts文件系统
devpts文件系统为伪终端提供了一个标准接口，它的标准挂接点是/dev/pts。只要
pty的主复合设备/dev/ptmx被打开，就会在/dev/pts下动态的创建一个新的pty设备文
件。挂接时，UID、GID及其工作模式会指定给devpts文件系统的所有pty文件。这可
以保证伪终端的安全性。
讨论devpts文件系统的详细内容，已经超过本文范围，还请读者参考其他专
著。
2.7 结束语
贯穿Linux的整个文件组织结构，无不洋溢着那继承自Unix的深厚的文化底蕴，
美不胜收。使我不得不感叹，Linux是多么伟大的一个操作系统。正是由于这些，
Linux才长久不衰，越发显得青春洋溢，让我们这些热爱Linux的人为其流连忘返。
到了这里，对于Linux的文件组织结构，我相信各位读者应该有了感官上的认识
了，我也再次感谢你，为了Magic Linux，能够坚持将这些丑陋的文字读到这里。在
下一章里，我将讲述如何利用本章与上一章的知识，来构建一个能够工作的基本系
统。
(未完...待续...)