procfs и sysfs

procfs (/proc) — виртуальная файловая система, монтируемая при загрузке. Ядро регистрирует специальный тип файловой системы proc. При загрузке системы systemd монтирует его в /proc. Дисковое пространство не выделяется — нет блоков, нет inode в традиционном смысле. Каждый раз, когда ты открываешь файл в /proc, VFS (Virtual Filesystem Switch) вызывает функцию ядра, которая строит ответ в памяти и возвращает его. Когда ты закрываешь файловый дескриптор, память освобождается.

mount | grep proc
# proc on /proc type proc (rw,nosuid,nodev,noexec,relatime)
ls /proc
# ты видишь пронумерованные директории (PID) плюс глобальные файлы: meminfo, cpuinfo

Пронумерованные директории — это процессы. /proc/1/ — PID 1 (systemd). /proc/$$ — твоя текущая оболочка (bash подставляет $$ на свой PID).

Глобальные файлы /proc открывают общесистемное состояние ядра. Это файлы, которые ты читаешь чаще всего при диагностике:

cat /proc/meminfo          # все счётчики памяти в кБ: MemTotal, MemFree, Cached, Buffers…
cat /proc/cpuinfo          # по ядру: модель, МГц, размер кэша, флаги CPU
cat /proc/loadavg          # средние значения нагрузки за 1/5/15 мин + число задач
cat /proc/uptime           # секунды с момента загрузки (два числа: общее, время простоя)
cat /proc/version          # строка версии ядра
cat /proc/mounts           # текущие смонтированные файловые системы
cat /proc/net/tcp          # таблица TCP-сокетов в hex (ss и netstat читают это)

Инструменты top, htop, free, uptime и netstat получают данные, читая эти файлы и переформатируя вывод. Понимание источника делает тебя независимым от этих инструментов — в минимальном контейнере без установленного top ты всё равно можешь диагностировать давление памяти, читая /proc/meminfo напрямую.

Директории по PID дают живой вид любого процесса. Для любого PID ты можешь прочитать:

PID=1
ls /proc/$PID/

cat /proc/$PID/status      # состояние (running/sleeping), Uid, Gid, использование памяти (VmRSS, VmSize)
cat /proc/$PID/cmdline     # полная командная строка (разделена нулями, используй tr '\0' ' ')
cat /proc/$PID/environ     # переменные окружения (разделены нулями)
ls -la /proc/$PID/fd/      # открытые файловые дескрипторы (каждый — симлинк на реальный файл/сокет)
cat /proc/$PID/maps        # карта виртуальной памяти: каждый сегмент с правами и backing file
cat /proc/$PID/net/tcp     # сетевые соединения для сетевого namespace этого PID

Поддиректория fd/ особенно полезна: она показывает точно, какие файлы открыл процесс. Если процесс держит открытым удалённый файл (частая причина «диск заполнен, но больших файлов нет»), ты можешь увидеть это здесь:

ls -la /proc/$PID/fd/ | grep deleted

sysfs (/sys) открывает объекты ядра и параметры оборудования. Если /proc изначально предназначался для информации о процессах (и накопил много глобальных данных со временем), /sys был спроектирован с самого начала как структурированное представление внутренней иерархии объектов ядра — устройства, шины, драйверы, управление питанием.

ls /sys/block/             # блочные устройства (диски)
cat /sys/block/sda/size    # размер диска в секторах по 512 байт
cat /sys/class/net/        # сетевые интерфейсы
cat /sys/class/net/eth0/speed        # скорость соединения в Мбит/с
cat /sys/class/net/eth0/carrier      # 1 = соединение активно, 0 = неактивно
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_cur_freq   # текущая частота CPU в кГц

В отличие от /proc, который в основном является глобальными данными только для чтения, многие записи в /sys доступны для записи — запись в них немедленно меняет поведение ядра:

# Пример: отключить масштабирование частоты CPU (для нагрузок, чувствительных к задержке)
echo performance | sudo tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

Эти изменения не сохраняются между перезагрузками. Постоянные изменения параметров ядра выполняются через sysctl (рассматривается в юните 12).

Производительность: чтение /proc почти бесплатно. cat /proc/meminfo не требует дискового I/O, никакого обращения к демону, никакого сетевого вызова. Ядро собирает ответ за микросекунды. Именно поэтому shell-скрипты для мониторинга часто используют прямое чтение из /proc — это быстрее и надёжнее, чем разбор вывода инструментов.

Оговорка: некоторые операции чтения /proc ненадолго захватывают блокировки ядра. На системе под экстремальной нагрузкой cat /proc/PID/maps для процесса с тысячами отображений памяти может блокироваться на миллисекунды. А чтение /proc/net/tcp на сервере с сотнями тысяч соединений включает полный сканирование таблицы на стороне ядра. Знай, что ты читаешь, прежде чем скриптовать это в плотный цикл.