原文链接：https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-proc.html#icomments
最初开发 /proc 文件系统是为了提供有关系统中进程的信息。但是由于这个文件系统非常有用，因此内核中的很多元素也开始使用它来报告信息，或启用动态运行时配置。
/proc 文件系统包含了一些目录（用作组织信息的方式）和虚拟文件。虚拟文件可以向用户呈现内核中的一些信息，也可以用作一种从用户空间向内核发送信息的手段。实际上我们并不会同时需要实现这两点，但是本文将向您展示如何配置这个文件系统进行输入和输出。
要在 /proc 文件系统中创建一个虚拟文件，请使用 create_proc_entry 函数。这个函数可以接收一个文件名、一组权限和这个文件在 /proc 文件系统中出现的位置。create_proc_entry 的返回值是一个 proc_dir_entry 指针（或者为 NULL，说明在 create 时发生了错误）。然后就可以使用这个返回的指针来配置这个虚拟文件的其他参数，例如在对该文件执行读操作时应该调用的函数。create_proc_entry 的原型和 proc_dir_entry 结构中的一部分如清单 1 所示。
清单1. 用来管理 /proc 文件系统项的元素
struct proc_dir_entry *create_proc_entry( const char *name, mode_t mode,
struct proc_dir_entry *parent );
struct proc_dir_entry {
const char *name; // virtual file name
mode_t mode; // mode permissions
uid_t uid; // File's user id
gid_t gid; // File's group id
struct inode_operations *proc_iops; // Inode operations functions
struct file_operations *proc_fops; // File operations functions
struct proc_dir_entry *parent; // Parent directory
...
read_proc_t *read_proc; // /proc read function
write_proc_t *write_proc; // /proc write function
void *data; // Pointer to private data
atomic_t count; // use count
...
};
void remove_proc_entry( const char *name, struct proc_dir_entry *parent );
稍后我们就可以看到如何使用 read_proc 和 write_proc 命令来插入对这个虚拟文件进行读写的函数。
要从 /proc 中删除一个文件，可以使用 remove_proc_entry 函数。要使用这个函数，我们需要提供文件名字符串，以及这个文件在 /proc 文件系统中的位置（parent）。这个函数原型如清单 7 所示。
parent 参数可以为 NULL（表示 /proc 根目录），也可以是很多其他值，这取决于我们希望将这个文件放到什么地方。表 1 列出了可以使用的其他一些父 proc_dir_entry，以及它们在这个文件系统中的位置。
表 1. proc_dir_entry 快捷变量
回调函数
我们可以使用 write_proc 函数向 /proc 中写入一项。这个函数的原型如下：
int mod_write( struct file *filp, const char __user *buff,
unsigned long len, void *data );
filp 参数实际上是一个打开文件结构（我们可以忽略这个参数）。buff 参数是传递给您的字符串数据。缓冲区地址实际上是一个用户空间的缓冲区，因此我们不能直接读取它。len 参数定义了在 buff 中有多少数据要被写入。data 参数是一个指向私有数据的指针（参见 清单 1）。在这个模块中，我们声明了一个这种类型的函数来处理到达的数据。
Linux 提供了一组 API 来在用户空间和内核空间之间移动数据。对于 write_proc 的情况来说，我们使用了 copy_from_user 函数来维护用户空间的数据。
读回调函数
我们可以使用 read_proc 函数从一个 /proc 项中读取数据（从内核空间到用户空间）。这个函数的原型如下：
int mod_read( char *page, char **start, off_t off,
int count, int *eof, void *data );
page 参数是这些数据写入到的位置，其中 count 定义了可以写入的最大字符数。在返回多页数据（通常一页是 4KB）时，我们需要使用 start 和 off 参数。当所有数据全部写入之后，就需要设置 eof（文件结束参数）。与 write 类似，data 表示的也是私有数据。此处提供的 page 缓冲区在内核空间中。因此，我们可以直接写入，而不用调用 copy_to_user。
其他有用的函数
我们还可以使用 proc_mkdir、symlinks 以及 proc_symlink 在 /proc 文件系统中创建目录。对于只需要一个 read 函数的简单 /proc 项来说，可以使用 create_proc_read_entry，这会创建一个 /proc 项，并在一个调用中对 read_proc 函数进行初始化。这些函数的原型如清单 2 所示。
清单 2. 其他有用的 /proc 函数
/* Create a directory in the proc filesystem */
struct proc_dir_entry *proc_mkdir( const char *name,
struct proc_dir_entry *parent );
/* Create a symlink in the proc filesystem */
struct proc_dir_entry *proc_symlink( const char *name,
struct proc_dir_entry *parent,
const char *dest );
/* Create a proc_dir_entry with a read_proc_t in one call */
struct proc_dir_entry *create_proc_read_entry( const char *name,
mode_t mode,
struct proc_dir_entry *base,
read_proc_t *read_proc,
void *data );
/* Copy buffer to user-space from kernel-space */
unsigned long copy_to_user( void __user *to,
const void *from,
unsigned long n );
/* Copy buffer to kernel-space from user-space */
unsigned long copy_from_user( void *to,
const void __user *from,
unsigned long n );
/* Allocate a 'virtually' contiguous block of memory */
void *vmalloc( unsigned long size );
/* Free a vmalloc'd block of memory */
void vfree( void *addr );
/* Export a symbol to the kernel (make it visible to the kernel) */
EXPORT_SYMBOL( symbol );
/* Export all symbols in a file to the kernel (declare before module.h) */
EXPORT_SYMTAB
通过 /proc 文件系统实现财富分发
下面是一个可以支持读写的 LKM。这个简单的程序提供了一个财富甜点分发。在加载这个模块之后，用户就可以使用 echo 命令向其中导入文本财富，然后再使用 cat 命令逐一读出。
清单 3 给出了基本的模块函数和变量。init 函数（init_fortune_module）负责使用 vmalloc 来为这个点心罐分配空间，然后使用 memset 将其全部清零。使用所分配并已经清空的 cookie_pot 内存，我们在 /proc 中创建了一个 proc_dir_entry 项，并将其称为 fortune。当 proc_entry 成功创建之后，对自己的本地变量和 proc_entry 结构进行了初始化。我们加载了 /proc read 和 write 函数（如清单 9 和清单 10 所示），并确定这个模块的所有者。cleanup 函数简单地从 /proc 文件系统中删除这一项，然后释放 cookie_pot 所占据的内存。
cookie_pot 是一个固定大小（4KB）的页，它使用两个索引进行管理。第一个是 cookie_index，标识了要将下一个 cookie 写到哪里去。变量 next_fortune 标识了下一个 cookie 应该从哪里读取以便进行输出。在所有的 fortune 项都读取之后，我们简单地回到了 next_fortune。
清单 3. 模块的 init/cleanup 和变量
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/vmalloc.h>
#include <asm/uaccess.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_DESCRIPTION("Fortune Cookie Kernel Module");
MODULE_AUTHOR("M. Tim Jones");
#define MAX_COOKIE_LENGTH PAGE_SIZE
static struct proc_dir_entry *proc_entry;
static char *cookie_pot; // Space for fortune strings
static int cookie_index; // Index to write next fortune
static int next_fortune; // Index to read next fortune
int init_fortune_module( void )
{
int ret = 0;
cookie_pot = (char *)vmalloc( MAX_COOKIE_LENGTH );
if (!cookie_pot) {
ret = -ENOMEM;
} else {
memset( cookie_pot, 0, MAX_COOKIE_LENGTH );
proc_entry = create_proc_entry( "fortune", 0644, NULL );
if (proc_entry == NULL) {
ret = -ENOMEM;
vfree(cookie_pot);
printk(KERN_INFO "fortune: Couldn't create proc entry\n");
} else {
cookie_index = 0;
next_fortune = 0;
proc_entry->read_proc = fortune_read;
proc_entry->write_proc = fortune_write;
proc_entry->owner = THIS_MODULE;
printk(KERN_INFO "fortune: Module loaded.\n");
}
}
return ret;
}
void cleanup_fortune_module( void )
{
remove_proc_entry("fortune", &proc_root);
vfree(cookie_pot);
printk(KERN_INFO "fortune: Module unloaded.\n");
}
module_init( init_fortune_module );
module_exit( cleanup_fortune_module );
向这个罐中新写入一个 cookie 非常简单（如清单 4所示）。使用这个写入 cookie 的长度，我们可以检查是否有这么多空间可用。如果没有，就返回 -ENOSPC，它会返回给用户空间。否则，就说明空间存在，我们使用 copy_from_user 将用户缓冲区中的数据直接拷贝到 cookie_pot 中。然后增大 cookie_index（基于用户缓冲区的长度）并使用 NULL 来结束这个字符串。最后，返回实际写入 cookie_pot 的字符的个数，它会返回到用户进程。
清单4. 对 fortune 进行写入操作所使用的函数
unsigned long len, void *data )
{
int space_available = (MAX_COOKIE_LENGTH-cookie_index)+1;
if (len > space_available) {
printk(KERN_INFO "fortune: cookie pot is full!\n");
return -ENOSPC;
}
if (copy_from_user( &cookie_pot[cookie_index], buff, len )) {
return -EFAULT;
}
cookie_index += len;
cookie_pot[cookie_index-1] = 0;
return len;
}
对 fortune 进行读取也非常简单，如清单 5所示。由于我们刚才写入数据的缓冲区（page）已经在内核空间中了，因此可以直接对其进行操作，并使用 sprintf 来写入下一个 fortune。如果 next_fortune 索引大于 cookie_index（要写入的下一个位置），那么我们就将 next_fortune 返回为 0，这是第一个 fortune 的索引。在将这个 fortune 写入用户缓冲区之后，在 next_fortune 索引上增加刚才写入的 fortune 的长度。这样就变成了下一个可用 fortune 的索引。这个 fortune 的长度会被返回并传递给用户。
清单 5. 对 fortune 进行读取操作所使用的函数
int fortune_read( char *page, char **start, off_t off,
int count, int *eof, void *data )
{
int len;
if (off > 0) {
*eof = 1;
return 0;
}
/* Wrap-around */
if (next_fortune >= cookie_index) next_fortune = 0;
len = sprintf(page, "%s\n", &cookie_pot[next_fortune]);
next_fortune += len;
return len;
}
从这个简单的例子中，我们可以看出通过 /proc 文件系统与内核进行通信实际上是件非常简单的事情。现在让我们来看一下这个 fortune 模块的用法（参见清单 6）。
清单 6. 展示 fortune cookie LKM 的用法
[root@plato]# insmod fortune.ko
[root@plato]# echo "Success is an individual proposition.
Thomas Watson" > /proc/fortune
[root@plato]# echo "If a man does his best, what else is there?
Gen. Patton" > /proc/fortune
[root@plato]# echo "Cats: All your base are belong to us.
Zero Wing" > /proc/fortune
[root@plato]# cat /proc/fortune
Success is an individual proposition. Thomas Watson
[root@plato]# cat /proc/fortune
If a man does his best, what else is there? General Patton
[root@plato]#
/proc 虚拟文件系统可以广泛地用来报告内核的信息，也可以用来进行动态配置。我们会发现它对于驱动程序和模块编程来说都是非常完整的。