آزمایش شماره ۳ - مشاهده رفتار هسته و سیستم‌عامل

• گروه شماره ۲۵
  • معین آعلی - ۴۰۱۱۰۵۵۶۱
  • ثمین اکبری - ۴۰۱۱۰۵۵۹۴

مشاهده فایل سیستم proc/

ابتدا با استفاده از دستور cd /proc به دایرکتوری proc/ می‌رویم. سپس دستور ls را می‌زنیم و لیست فایل‌ها و پوشه‌های موجود در این دایرکتوری را مشاهده می‌کنیم:

مشاهده محتویات یک فایل در شاخه proc/

cat version
cat loadavg
cat partitions
cat uptime

با زدن دستورهای فوق می‌توان اطلاعات زیر را مشاهده کرد:

• فایل version اطلاعات ورژنینگ مربوط به سیستم‌عامل را نشان می‌دهد.
• فایل loadavg میانگین بار سیستم را نشان می‌دهد.
• فایل partitions هم ساختار پارتیشن‌بندی سیستم را نشان می‌دهد.
• فایل uptime مدت زمان بالا آمدن سیستم را نشان می‌دهد. عدد دوم هم نشان دهنده مدت زمان idle بودن پردازنده است.

حال داخل فایل write.cpp یک کد با زبان cpp پیاده‌سازی می‌کنیم که با هر اجرا، محتویات فایل proc/version/ را داخل یک فایل به نام LinuxVersion.txt در دایرکتوری فعلی می‌نویسد.

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

int main() {
    std::fstream read_file("/proc/version", std::ios::in);
    if (!read_file.is_open()) {
        std::perror("error in opening /proc/version");
        return 1;
    }

    std::fstream write_file("LinuxVersion.txt", std::ios::out | std::ios::app);
    if (!write_file.is_open()) {
        std::perror("error in opening LinuxVersion.txt");
        return 1;
    }

    std::string line;
    while (std::getline(read_file, line)) {
        write_file << line << '\n';
    }

    read_file.close();
    write_file.close();

    return 0;
}

تلاش می‌کنیم تا داخل فایل proc/version/ متنی را بنویسیم. می‌بینیم که حتی با دسترسی root هم نمی‌توان داخل این فایل چیزی نوشت.

مشاهده‌ی وضعیت پردازه‌ها

وارد پوشه مربوط به یکی از پردازه‌ها می‌شویم و لیست فایل‌ها و پوشه‌های آن را در ادامه مشاهده می‌کنیم:

su
cd /proc
cd 1
ls

البته برای مشاهده لینک‌های مربوط به cwd و root و exe نیازمند دسترسی root هستیم.

مشاهده اطلاعات مربوط به تعدادی از فایل‌ها:

• environ:

این فایل حاوی متغیرهای محیطی پردازه مورد نظر است.

• stat:

این فایل اطلاعات و وضعیت پردازه مورد نظر را نشان می‌دهد.

• statm:

این فایل حاوی اطلاعات و وضعیت حافظه‌ی مرتبط با پردازه‌ی مورد نظر است.

• status:

این فایل اطلاعات دو فایل گذشته را به صورت human readable نشان می‌دهد.

• cwd (current work directory):

این یک لینک به دایرکتوری اجرای پردازه مورد نظر است.

• cmdline:

دستور کاملی که فرایند با آن اجرا شده را نشان می‌دهد.

• exe:

این یک لینک به فایل اجرایی اصلی فرایند است.

با استفاده از دستور زیر می‌توان دید که فایل اجرایی از کجا اجرا شده است: ‍‍‍

readlink exe

• root:

این یک لینک به ریشه‌ی فایل‌سیستم که فرایند به آن دسترسی دارد است.

حال یک اسکریپت می‌نویسیم که لیست شماره پردازه‌ها به همراه نام آن‌ها را چاپ کند:

echo -e "PID\tCOMMAND"
echo "-------------------------"

for pid in /proc/[0-9]*; do
    pid_num=$(basename "$pid")
    if [[ -r "$pid/comm" ]]; then
        cmd=$(cat "$pid/comm")
        echo -e "$pid_num\t$cmd"
    fi
done

سپس به آن دسترسی اجرا می‌دهیم و آن را اجرا می‌کنیم:

chmod +x proc_list.sh
./proc_list

تمرین ۱

ابتدا یک اسکریپت بش می‌نویسیم که اطلاعات مربوط به پردازه داده شده را چاپ کند:

if [ $# -ne 1 ]; then
    echo "Usage: $0 <PID>"
    exit 1
fi

pid="$1"
proc_dir="/proc/$pid"

if [ ! -d "$proc_dir" ]; then
    echo "Process with PID $pid does not exist."
    exit 1
fi

echo "Process Name:"
cat "$proc_dir/comm" 2>/dev/null

echo "Executable Path:"
readlink "$proc_dir/exe" 2>/dev/null

echo "Memory Usage:"
if [ -r "$proc_dir/statm" ]; then
    rss_pages=$(awk '{print $2}' "$proc_dir/statm")
    page_size=$(getconf PAGESIZE)
    memory_bytes=$((rss_pages * page_size))
    echo "$memory_bytes"
else
    echo "Unavailable"
fi

echo "Command Line Arguments:"
tr '\0' ' ' < "$proc_dir/cmdline" 2>/dev/null
echo

echo "Environment Variables:"
tr '\0' '\n' < "$proc_dir/environ" 2>/dev/null

سپس دسترسی اجرا به آن می‌دهیم و شماره پردازه را در آرگومان اول به آن می‌دهیم:

بعضی از اطلاعات نیازمند دسترسی sudo هستند!

مشاهده اطلاعات مربوط به هسته

مجددا وارد پوشه proc/ می‌شویم و دستور ls را اجرا می‌کنیم:

سپس فایل‌های زیر را بررسی می‌کنیم:

• cmdline:

در قسمت قبل بررسی شد.

• stat:

در قسمت قبل بررسی شد.

• uptime:

در قسمت قبل بررسی شد.

• version:

در قسمت قبل بررسی شد.

• cpuinfo:

در این فایل اطلاعات مربوط به هر cpu core نوشته شده است:

• filesystems:

در این فایل لیست تمامی فایل سیستم‌هایی که کرنل از آن‌ها پشتیبانی می‌کند وجود دارد:

• ioports:

در این فایل لیست پورت‌های مربوط به I/O سیستم وجود دارد:

• interrupts:

لیست وقفه‌هایی که هر یک از دستگاه‌های IO روی پردازنده‌هااعمال کرده است.

• loadavg:

این فایل اطلاعاتی درباره‌ی وضعیت بار سیستم ارائه می‌دهد. سه عدد اول این فایل، میانگین تعداد فرایندهای آماده‌ی اجرا را در بازه‌های زمانی ۱، ۵ و ۱۵ دقیقه‌ی گذشته نشان می‌دهند. این اعداد نشان می‌دهند که در طول این بازه‌ها، به‌طور متوسط چند فرایند در انتظار پردازش بوده‌اند. عدد چهارم، نسبت تعداد فرایندهای فعال به کل فرایندهای موجود در سیستم را نمایش می‌دهد، و عدد آخر، PID آخرین فرایند ایجادشده در سیستم است.

• net:

این یک پوشه است که در آن تعدادی فایل در مورد وضعیت و تنظیمات شبکه سیستم وجود دارد.

• mounts:

در این فایل لیست mount های مربوط به namespace های پردازه فعلی وجود دارد.

• meminfo:

اطلاعات مربوط به مصرف حافطه‌ی کل سیستم در این فایل نشان داده می‌شود:

در ادامه اسکریپتی می‌نویسیم تا مدل پردازنده، فرکانس و حافظه نهان آن را چاپ کند:

model_name=$(grep -m1 "model name" /proc/cpuinfo)
cpu_cores=$(grep -m1 "cpu cores" /proc/cpuinfo)
cpu_mhz=$(grep -m1 "cpu MHz" /proc/cpuinfo)
cache_size=$(grep -m1 "cache size" /proc/cpuinfo)

echo "$model_name"
echo "$cpu_cores"
echo "$cpu_mhz"
echo "$cache_size"

در نهایت به فایل دسترسی اجرا می‌دهیم و آن را اجرا می‌کنیم:

در ادامه یک اسکریپت دیگر می‌نویسیم که مقدار حافظه کل (total)، استفاده‌شده (used) و آزاد (free) را از فایل proc/meminfo/ استخراج کرده و نمایش می‌دهد:

mem_total=$(grep MemTotal /proc/meminfo | awk '{print $2}')
mem_free=$(grep MemFree /proc/meminfo | awk '{print $2}')
buffers=$(grep Buffers /proc/meminfo | awk '{print $2}')
cached=$(grep ^Cached /proc/meminfo | awk '{print $2}')

mem_used=$((mem_total - mem_free - buffers - cached))

echo "Total Memory:  ${mem_total} kB"
echo "Used Memory:   ${mem_used} kB"
echo "Free Memory:   ${mem_free} kB"

در نهایت به فایل دسترسی اجرا می‌دهیم و آن را اجرا می‌کنیم:

تمرین ۲

بخش اول

وارد پوشه proc/sys/kernel/ می‌شویم و تعدادی از فایل‌های موجود در آن را بررسی می‌کنیم:

• hostname:

این فایل نام میزبان فعلی سیستم را نشان می‌دهد.

• osrelease:

نسخه‌ی هسته‌ی لینوکس را نشان می‌دهد.

• panic:

  مدت زمانی (بر حسب ثانیه) که سیستم پس از رخداد kernel panic صبر می‌کند تا ریبوت شود.

• shmmax:

  حداکثر اندازه‌ی یک بخش حافظه‌ی اشتراکی (Shared Memory) که یک فرآیند می‌تواند ایجاد کند.

• threads-max:

  حداکثر تعداد thread هایی که سیستم می‌تواند به طور هم‌زمان داشته باشد.

نتیجه:

بخش دوم

مسیر proc/self/ یک لینک به دایرکتوری proc/[PID]/ پردازه‌ای است که در حال حاضر این دستور را اجرا کرده است. به عنوان مثال دستور زیر را وارد می‌کنیم:

ls -l /proc/self

و با نتیجه زیر رو به رو می‌شویم که پردازه فعلی را نشان می‌دهد:

این قابلیت برای برنامه‌نویسان و اسکریپت‌ها، این امکان را فراهم می‌کند که بدون دانستن یا محاسبه PID ، به اطلاعات پردازه خودشان دسترسی داشته باشند.

همچنین در صورتی که یک اسکریپت یا برنامه روی چند ماشین یا چند کاربر اجرا شود، با استفاده از /proc/self/ می‌تواند مستقل از PID خودش، اطلاعات لازم را به‌درستی و ساده استخراج کند.