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设备文件系统

(重定向自设备文件

设备文件类Unix系统中是一个设备驱动程序的界面,并被存储在文件系统中,就像常规文件。

微软MS-DOS、OS-2和Windows操作系统中也有专门的设备文件。它们允许应用程序使用设备驱动程序,通过标准输入输出系统调用与驱动程序交互,从而简化了许多任务,也带来了于设备特性、功能无关的用户级I/O。

设备文件通常为周边设备提供简单的接口,如打印机。它也可访问这些设备的特定资源,如硬盘分区。它还可以访问没有连接到任何真实设备的系统资源,如数据接受器随机数生成器

在类Unix操作系统中包含两类设备节点,分别为字符文件与块文件。它们的区别是操作系统和硬件如何向它们读写数据。它们合称为设备特定文件,与之对应的是命名管道,它既不连接到任何设备,也不是一个文件。

MS-DOS的设备文件借鉴了Unix的特殊文件的概念。MS-DOS的早期版本并不支持文件目录层次,设备文件的文件名被设定为保留字以区分普通文件,新文件或新目录不能够使用这些设备文件的文件名。

在支持chroot进程独立的Unix系统(例如Solaris Containers)中,每个chroot环境中常规情况下都需要一个独立的/dev,它们的挂载点在主机的文件系统中各种地方显示。通过限制设备节点只能放入/dev内的chroot实例中,chroot环境可以强制实行硬件隔离(比Unix的文件系统权限还要严格的一种访问控制,可以禁止特定应用程序访问或命名硬件)。

MS-DOS通过开放设备文件的形式保证了设备包含性,应用程序尝试访问正在被使用的设备时会无法访问设备节点。Unix与Linux在并发控制上采取了多种设备驱动程序的原理。[1]

目录

实现编辑

本质上讲,设备节点对应于操作系统分配的资源。Unix通过存放于节点结构中的主设备号从设备号来识别这些资源。在各种操作系统系统平台上,这些数都是被唯一分配的。通常,主数用于指定驱动程序,而次数用于指定驱动程序控制的某一特定设备(驱动程序可能控制多个设备),在这种情况下,系统可能把次数作为参数传给驱动程序。

计算机就像对待普通文件那样,用标准系统调用访问设备节点。根据硬件的接口类型和操作系统处理输入输出的方式,设备文件可以分成两类。

设备编辑

字符设备编辑

字符设备是指每次与系统传输1个字符的设备。这些设备节点通常为传真虚拟终端和串口调制解调器之类设备提供流通信服务,它通常不支持随机存取数据。

字符设备在实现时,大多不使用缓存器。系统直接从设备读取/写入每一个字符。

块设备编辑

块设备是指与系统间用块的方式移动数据的设备。这些设备节点通常代表可寻址设备,如硬盘CD-ROM内存区域。

块设备通常支持随机存取和寻址,并使用缓存器。操作系统为输入输出分配了缓存以存储一块数据。当程序向设备发送了读取或者写入数据的请求时,系统把数据中的每一个字符存储在适当的缓存中。当缓存被填满时,会采取适当的操作(把数据传走),而后系统清空缓存。

伪设备编辑

在类Unix操作系统中,设备节点并不一定要对应物理设备。没有这种对应关系的设备是伪设备。操作系统运用了它们提供的多种功能。部份經常使用到的偽設備包括:

/dev/null
接受并丟棄所有輸入;即不產生任何輸出。
/dev/full
永遠在被填滿狀態的設備。
/dev/loop
Loop設備
/dev/zero
產生連續的NUL字元的串流(數值為0)。
/dev/random
產生一個虛假隨機的任意長度字元串流。(Blocking)
/dev/urandom
產生一個虛假隨機的任意長度字元串流。(Non-Blocking)

创建节点编辑

节点是由mknod系统调用创建的。在命令行中,有同名的程序来创建节点。rename和unlink系统调用可以用于移动和删除节点,相应的命令是mv和rm。在使用cp命令时加上-R-a参数,可以创建一个与原设备节点具有同样属性的节点。

命名约定编辑

在基于Linux的系统中,设备节点一般在/dev下,通常使用如下的前缀:

大部分设备的前缀名后面跟随一个数字,它唯一指定某一设备。硬盘驱动器的前缀名后面跟随一个字母和一个数字,字母用于指明设备,而数字用于指明分区。因此,/dev/sda3指定了硬盘上的一个分区,/dev/pts/14指定了一个网络终端会话。

一些Linux发行版用SCSI层访问所有固定硬盘,因此虽然一块硬盘可能并不是SCSI硬盘,但仍可以通过sd设备访问它。

参考资料编辑

  1. ^ (英文)Corbet, Jonathan; Kroah-Hartman, Greg; Rubini, Alessandro. Linux Device Drivers, 3rd Edition. O'Reilly. 2005 [2018-04-30]. (原始内容存档于2017-09-22). The next step beyond a single-open device is to let a single user open a device in multiple processes but allow only one user to have the device open at a time.