sysctl详解 - 技术栈

简介

sysctl可以直接查询内核参数，获取重要的运行时诊断信息，在某种情况下，修改参数的值可以改变内核行为，但是在内核大量的参数中，只有少量的参数是可以通过sysctl修改的。

为什么sysctl可以修改内核参数呢？

sysctl命令对sysctl函数调用的封装，在用户空间调用sysctl()函数时，会触发一个软中断(trap),将控制权交给操作系统内核。

在内核中，有一些与sysctl()相关的处理函数，它们负责解析传递的参数，执行的相应的操作，并将结果返回给用户程序。

在C语言中,sysctl()函数的原型如下:

perl 复制代码

/// 用于查询和修改系统参数
/// - Parameters:
///   - name: 一个整型数组，指定了要查询或修改的系统参数
///   - namelen: 指定了参数数组 name 的长度
///   - oldp: 用于存储查询到的参数值的缓冲区
///   - oldlenp: 指向一个整型变量的指针，用于传递 oldp 缓冲区的大小，并在调用结束后返回实际读取的参数值的大小
///   - newp: 用于传递新值的缓冲区，用于修改系统参数
///   - newlen: 指定了新值缓冲区 newp 的大小

如何在用户程序中使用sysctl功能呢

要想使用sysctl函数，首先就得了解name参数，它是一个整形数组，它通常有一系列的整数值组成，每个整数值代表一个特定的系统参数或者系统信息，这些整数值按照特定的规则构成一个层级结构，用于区分不同类型的参数和信息。

这些整数值一般被称为OID(Object Identifer),它们以特定的数字编码来标识系统中的不同信息。在BSD系统中，有一个OID树(Object Identifier Tree),其中的每个节点代表一个特定的系统参数或信息，通过沿着树的路径来访问和修改系统参数。

在 BSD 系统中，OID 一般由一系列数字组成，比如 1.3.6.1.2.1 这样的形式。这些数字代表着不同层级的节点，每个节点都有特定的含义和对应的系统参数。不同的操作系统版本可能有不同的 OID 命名规则和层级结构。最顶级的名称空间如下:

名称空间	值	用途
CTL_KERN	1	用于访问关于内核的参数和信息，比如系统信息、内核配置、进程和调度等
CTL_VM	2	用于访问虚拟内存子系统相关的参数和信息，比如内存使用、页表信息等。
CTL_VFS	3	用于访问虚拟文件系统（VFS）的参数和信息，比如文件系统类型、挂载点等。
CTL_NET	4	用于访问网络相关的参数和信息，比如网络接口、路由表等。
CTL_DEBUG	5	用于访问调试相关的参数和信息，比如内核调试选项、调试日志等。
CTL_HW	6	用于访问硬件相关的参数和信息，比如系统硬件信息、CPU信息等。
CTL_MACHDEP	7	用于访问机器相关的参数和信息，根据不同的硬件平台可能有不同的子项。
CTL_USER	8	用于用户定义的参数和信息
CTL_MAXID	9	标识 sysctl 类型的数量，用于循环遍历所有的类型。

二级名称查看sys/sysctl.h文件里面的定义吧，不想写了！！举个代码例子吧

ini 复制代码

static struct kinfo_proc* get_proc_list(size_t* proc_count) {
  int mib[4] = {CTL_KERN, KERN_PROC, KERN_PROC_ALL, 0};
  size_t size;
  struct kinfo_proc* proc_list;
  int st;

  st = sysctl(mib, 4, NULL, &size, NULL, 0);
  if (st == -1) {
    return NULL;
  }

  proc_list = (struct kinfo_proc*)malloc(size);
  st = sysctl(mib, 4, proc_list, &size, NULL, 0);
  if (st == -1) {
    free(proc_list);
    return NULL;
  }

  *proc_count = size / sizeof(struct kinfo_proc);
  return proc_list;
}

如何在内核中使用sysctl功能呢

在内核中sysctl是通过sysctl_oid数据维护的，这个数据结构定义在Kernel.framework中的<sys/sysctl.h>中

代码如下:

c 复制代码

struct sysctl_oid {
	struct sysctl_oid_list * OS_PTRAUTH_SIGNED_PTR("sysctl_oid.oid_parent") oid_parent;
	SLIST_ENTRY(sysctl_oid) oid_link;
	int             oid_number;
	int             oid_kind;
	void            *oid_arg1;
	int             oid_arg2;
	const char      *oid_name;
	int             (*oid_handler)SYSCTL_HANDLER_ARGS;
	const char      *oid_fmt;
	const char      *oid_descr; /* offsetof() field / long description */
	int             oid_version;
	int             oid_refcnt;
};

的sysctl_oid可以通过宏定义SYSCTL_PROC创建，这个宏定义了新的sysctl_oid、初始化其字段、并且进行链接器相关的设置。还有了一些宏定义定义在这个宏之上，方便了一些操作如下表：

sysctl宏	用途
SYSCTL_DECL	声明一个顶级名称空间，跟CTL_KERN类似
SYSCTL_OID	用于定义 sysctl 树结构中的节点，指定节点的名称、类型、访问权限等信息，原始OID。很少直接使用。根据这个表中的 SYSCTL_* 常量，可以将类型指定为 "N""A"、"T"、"TU"、"L"或"Q"
SYSCTL_NODE	用于创建 sysctl 节点，允许在 sysctl 树中添加新的节点。
SYSCTL_STRING	用于创建一个表示字符串的 sysctl 变量，调用sysctl_handle_string()处理
SYSCTL_COMPAT_INT SYSCTL_INT	用于创建一个兼容模式下的整数类型的 sysctl 参数。这个宏允许在不同系统版本之间保持参数的兼容性，并提供了一种方法来处理参数值的变化或不同实现之间的差异
SYSCTL_COMPAT_UINT SYSCTL_UINT	用于创建一个兼容模式下的无符号整数类型的 sysctl 参数。这个宏允许在不同系统版本之间保持参数的兼容性，并提供了一种方法来处理参数值的变化或不同实现之间的差异
SYSCTL_LONG	用于创建一个 long 类型的 sysctl 参数，允许读取和写入长整型数据。使用sysctl_handle_long()处理
SYSCTL_QUAD	用于创建一个 quad 类型的 sysctl 参数，这是一个 64 位整数类型，调用sysctl_handle_quad()处理程序
SYSCTL_OPAQUE	创建一个不透明的（opaque）sysctl 参数，可以用于存储不定长度的数据块，这些数据块的内容不会被 sysctl 解释。调用sysctl_handle_opaque()处理程序
SYSCTL_STRUCT	创建一个结构体类型的 sysctl 参数，允许定义一个复杂的数据结构，可以包含多个字段和信息，调用sysctl_handle_opaque()处理程序
SYSCTL_PROC	创建一个处理器（procedure）类型的 sysctl 参数，允许注册一个函数，用于处理特定的 sysctl 请求，调用者指定自定义的处理程序

SYSCTL_PROC宏的作用是声明叶子节点的处理程序，也就是用户发出sysctl请求时，内核调用的回调函数，定义自己的处理程序是一件非常简单的事，只需要以下的两个步骤：

1.定义调用处理程序的SYSCTL_NODE节点

scss 复制代码

//parant:_kern、_debug或自己通过SYSCTL_DECL(myname)定义的顶层名称，
//nbr:OID_AUTP，请求内核进行oid分配
//name:自己提供的名称
//access:访问标识位:CTLFLAG *,按位OR
//handler,0 处理程序
//descr:描述文本
SYSCTL_NODE(parent, nbr, name, access, handler, descr)

2.定义处理程序要实现的实际sysctl叶子节点，这里有两种方法

使用表 14-5 中定义的一种类型。这样会安插一个默认的处理程序，开发者只需要指定保存sysctl 数据的变量即可。然而，使用这种方法的缺点在于：当变量值被读取或发生变化时收不到回调通知。这些固定类型的宏都差不多。例如，如果想要一个整型变量，可以使用以下代码：

scss 复制代码

//parent:步骤（1)中创建或使用的节点
//nbr:OID_AUTO:不需要考虑编号,内核自动分配
//name:叶子节点的名称
//access:CTL_ *标志位，_RW、_ANYEODY
//ptr:保存这个数据的地址
//val:如果ptr为NULL则需要这个值，如果使用了这个值，则叶子节点为只读
//descr:描述性文本
SYSCTL_INT(parent, nbr, name, access, ptr, val, descr);

b 将叶子节点定义为SYSCTL_PROC,指定自定义处理函数，如下

scss 复制代码

//parent:步骤（1)中创建或使用的节点
//nbr:OID_AUTO:不需要考虑编号,内核自动分配
//name:叶子节点的名称
//access:CTL_*标志位：_RW、_AWXBODY 等
//ptr:指向变量数据的指针 
//arg:处理程序的参数
//handler:指向自定义处理程序的指针
//fmt:"A"、"工"和"IU"等格式描述符
//descr:描述性文本
SYSCTL_PROC(parent, nbr, name, access, ptr, arg, handler, fmt, descr)

后一种方法的好处在于当用户针对 sysctl 进行任何操作时能够获得通知。这一点有点像 Linux,在Linux 中，pproc 和/sys 文件系统处理程序能监听这些导出数据的访问和变化情况，当这些数据被访问时可以执行一些操作。

最后调用sysctl_register_oid函数注册自定义的变量

举个例子如下：

objectivec 复制代码

int  sysctl_arg = 0;
//实现处理函数
static int sysctl_hideproc SYSCTL_HANDLER_ARGS {

}
//注册处理函数
SYSCTL_PROC(_hw, OID_AUTO, hideprocess,CTLTYPE_INT|CTLFLAG_ANYBODY|CTLFLAG_WR,  
                    &sysctl_arg, 0, &sysctl_hideproc , "I", "Hide a process");
//注册了新的sysctl变量，hw.hideprocess
sysctl_register_oid(&sysctl__hw_hideprocess);