Lab 011 · ProcFS 验证

对应 document/book/08-filesystem/011/。验证档 A 档:这一章交付的是 /proc 真挂上、ls /proc 见 pid、cat /proc/<pid>/stat 读到进程信息。注意 ProcFS 没有 host 单测——它直读 kernel registry(无注入缝,不像 DevFS 的 CharSink),所以核心逻辑走 kernel harness 测;boot 真 /proc 靠 make run 冒烟。

目标

确认六件事:

1. ProcFS 照 DevFS 范式(FileSystem 子类 + InodeOps 子类 + boot _init.cpp),换个场景用到进程自省;
2. 定长 pid 索引 inode 池(PID_MAX=256,每 pid 一个稳定 inode,SMP 安全);
3. readdir 用 nth accessor(signal_nth_task_pid,避栈数组超 frame 限);
4. 伪文件现场生成文本(/proc/<pid>/stat = pid (name) state ppid ...);
5. 只露活进程(每条 lookup 校验 pid 活着);
6. boot 真挂 /proc:make run 见 [PROCFS] mounted,ls /proc 见 pid。

步骤

1. kernel 测试:ProcFS 机制(无 host 单测)

ProcFS 直读 kernel registry,host 链不了,测试走 kernel harness:

cmake --build build --target run-kernel-test 2>&1 | grep -iE "procfs" | head

应看到 test_procfs::test_mount_and_root 等十一项 PASS:mount、根 readdir 枚举 pid、lookup <pid> 目录、lookup <pid>/stat/cmdline、stat 内容格式、非活 pid → NotFound、release 后读 → NotFound。测试自建栈 Task 注册已知 pid(测试主线程不进 registry),确定性验证。

为什么没 host 单测?DevFS 靠 CharSink 注入缝让核心 host 可测;ProcFS 直读 signal.hpp/process.hpp 的 registry,没有这层缝,host 一链就缺符号。所以核心逻辑只能在内核里测。要 host 可测得抽个 TaskInfoProvider 接口(同 DevFS 的 CharSink 思路),留 follow-up。

2. ProcFs 范式 + 定长 inode 池

sed -n '45,70p' kernel/fs/procfs.hpp

应看到 kProcPidMax = 256 + pid_dir_inodes_[257] / stat_inodes_[257] / cmdline_inodes_[257] 定长池(pids 1..256,slot 0 留空),ino = pid、fs_private = this。文件头注释会讲为什么:VFS 的 close 只删 File 不删 Inode,所以每个 lookup 返回的 inode 必须由 ProcFS 长存;pid 有上限(256),预备定长池按 pid 索引,每 pid 一个稳定 inode——顺带 SMP 安全(并发 lookup 不同 pid 不竞态,无 scratch 复用覆写)。static_assert(kProcPidMax == PidAllocator::PID_MAX) 把池上界跟 allocator 锁死。

3. readdir:nth accessor(避栈数组)

sed -n '89,110p' kernel/proc/signal.cpp

应看到 signal_nth_task_pid(n, out_pid):registry 锁内走到第 n 个 task,写出 pid;走不到返 false。这是纯增量(不改 register/unregister/find_by_pid)。再看 readdir 怎么用:

grep -n "signal_nth_task_pid\|readdir" kernel/fs/procfs.cpp | head

ProcRootDirOps::readdir 索引 0/1 = ./..,索引 i≥2 = 第 (i-2) 个活 pid。用「第 n 个」而非「快照整个 pids[] 数组」,是为了不在内核栈上放 int pids[257](1028 B,超 -Wframe-larger-than=1024)。代价是 O(tasks²),tasks ≤ 256 可忽略。

4. 伪文件:现场生成文本

sed -n '77,105p' kernel/fs/procfs_content.cpp

应看到 format_proc_stat(t, buf, cap):拼 pid (name) state ppid tgid uid gid\n(Linux /proc/<pid>/stat 的简化子集;state 是单字符 task_state_char,R/S/T/Z/X)。format_proc_cmdline 是 task 名字 + NUL(Task 不存 argv,best-effort 暴露 comm)。read 时 signal_find_task_by_pid 取 Task → 生成到栈 buffer → 按 offset 拷贝。

5. 只露活进程

grep -n "signal_find_task_by_pid\|NotFound" kernel/fs/procfs.cpp | head

应看到每条路径的 lookup 都经 signal_find_task_by_pid 校验 pid 还活着——非活 pid → NotFound。对齐 Linux:/proc 只露当前活进程。进程在 readdir 后、lookup 前退出,就当没这个 pid。

6. boot 真挂 /proc

grep -n "procfs::init\|PROCFS" kernel/proc/init.cpp kernel/fs/procfs_init.cpp | head

应看到 procfs::init() 在 devfs::init() 之后调(init.cpp),它 mount ProcFs + vfs_mount_add("/proc", ...)。冒烟(test kernel 不走 boot,要起真内核):

cmake --build build --target run

应看到 boot 序列:[VFS] ext2 mounted at / → [DEVFS] mounted at /dev (4 nodes) → [PROCFS] mounted at /proc。进 shell 后:

• ls /proc 见到 pid 数字(当前进程们);
• cat /proc/<某个 pid>/stat 读到 pid (name) state ppid ...。

两腿汇总:

cmake --build build --target run-kernel-test-all 2>&1 | grep -E "Tests: 9[0-9][0-9] passed" | tail -1

应看到单核 + -smp 2 两腿各 997 passed, 0 failed(986 基线 + 11 procfs)。

验收清单

• [ ] run-kernel-test 见 test_procfs 十一项 PASS(无 host 单测——ProcFS 直读 registry)。
• [ ] procfs.hpp:51 kProcPidMax=256 + pid_dir/stat/cmdline_inodes_[257] 定长池,ino=pid,static_assert 锁 PID_MAX。
• [ ] signal.cpp:89 signal_nth_task_pid(纯增量 nth accessor);procfs.cpp readdir 索引 i≥2 = 第(i-2)个活 pid。
• [ ] procfs_content.cpp:77 format_proc_stat(pid name state ppid ...)+ format_proc_cmdline(name+NUL)。
• [ ] 每条 lookup 经 signal_find_task_by_pid 校验存活,非活 pid → NotFound。
• [ ] make run 见 [PROCFS] mounted at /proc;ls /proc 见 pid;两腿 997/0。

别做这些

• 别找 host 单测——ProcFS 直读 kernel registry(signal.hpp/process.hpp),没注入缝,host 链不了。核心逻辑在 kernel harness 测。要 host 可测得抽 TaskInfoProvider 接口,留 follow-up。
• 别以为 /proc 根是固定节点——它是当前活 pid(动态)。DevFS 的根是写死的 null/zero/console;ProcFS 的根随进程创建/退出变化。靠定长 inode 池(PID 有上限)给每 pid 稳定 inode。
• 别用「快照整个 pids 数组」做 readdir——栈上 int pids[257] 超 -Wframe-larger-than=1024(production -Werror)。用 nth accessor(signal_nth_task_pid)锁内走到第 n 个,无栈数组。
• 别指望 /proc/<pid>/stat 是完整 Linux 52 字段——CinuxOS 没 per-task accounting,只做简化子集(pid name state ppid tgid uid gid)。maps/fd/status/version/meminfo 都没做,留 follow-up。
• 别以为读 /proc/<pid>/stat 完全无竞态——find_task_by_pid 返指针后解锁,read 字段时 task 可能已 exit+free(TOCTOU 窗口)。窗口极小、hobby OS 可接受,真修要 registry RCU-safe(后续工程债:registry RCU 化)。
• 别以为 cmdline 是真 argv——Task 不存 argv,只暴露 comm(名字)。真 NUL 分隔 argv 要 Task 存 argv,留 follow-up。