跳至內容

設備文件系統

本頁使用了標題或全文手工轉換
維基百科,自由的百科全書

設備文件類Unix系統中是一個設備驅動程序的界面,並如常規文件一樣出現在文件系統中。

微軟MS-DOS、OS-2和Windows操作系統中也有專門的設備文件。它們允許應用程序使用設備驅動程序,通過標準輸入輸出系統調用與驅動程序交互,從而簡化了許多任務,也帶來了與設備特性、功能無關的用戶級I/O。

設備文件通常為周邊設備提供簡單的接口,如打印機。它也可訪問這些設備的特定資源,如硬盤分區。它還可以訪問沒有連接到任何真實設備的系統資源,如數據接受器隨機數生成器

在類Unix操作系統中包含兩類設備節點,分別為字符文件與塊文件。它們的區別是操作系統和硬件如何向它們讀寫數據。它們合稱為設備特定文件,與之對應的是命名管道,它既不連接到任何設備,也不是一個文件。

MS-DOS的設備文件借鑑了Unix的特殊文件的概念。MS-DOS的早期版本並不支持文件目錄層次,設備文件的文件名被設定為保留字以區分普通文件,新文件或新目錄不能夠使用這些設備文件的文件名。

在支持chroot進程獨立的Unix系統(例如Solaris Containers)中,每個chroot環境中常規情況下都需要一個獨立的/dev,它們的掛載點在主機的文件系統中各種地方顯示。通過限制設備節點只能放入/dev內的chroot實例中,chroot環境可以強制實行硬件隔離(比Unix的文件系統權限還要嚴格的一種訪問控制,可以禁止特定應用程序訪問或命名硬件)。

MS-DOS通過開放設備文件的形式保證了設備包含性,應用程序嘗試訪問正在被使用的設備時會無法訪問設備節點。Unix與Linux在並發控制上採取了多種設備驅動程序的原理。[1]

實現

[編輯]

本質上講,設備節點對應於操作系統分配的資源。Unix通過存放於節點結構中的主設備號從設備號來識別這些資源。在各種操作系統系統平台上,這些數都是被唯一分配的。通常,主數用於指定驅動程序,而次數用於指定驅動程序控制的某一特定設備(驅動程序可能控制多個設備),在這種情況下,系統可能把次數作為參數傳給驅動程序。

計算機就像對待普通文件那樣,用標準系統調用訪問設備節點。根據硬件的接口類型和操作系統處理輸入輸出的方式,設備文件可以分成兩類。

設備

[編輯]

字符設備

[編輯]

字符設備是指每次與系統傳輸1個字符的設備。這些設備節點通常為傳真虛擬終端和串口調製解調器之類設備提供流通信服務,它通常不支持隨機存取數據。

字符設備在實現時,大多不使用緩存器。系統直接從設備讀取/寫入每一個字符。

塊設備

[編輯]

塊設備是指與系統間用塊的方式移動數據的設備。這些設備節點通常代表可尋址設備,如硬盤CD-ROM內存區域。

塊設備通常支持隨機存取和尋址,並使用緩存器。操作系統為輸入輸出分配了緩存以存儲一塊數據。當程序向設備發送了讀取或者寫入數據的請求時,系統把數據中的每一個字符存儲在適當的緩存中。當緩存被填滿時,會採取適當的操作(把數據傳走),而後系統清空緩存。

偽設備

[編輯]

在類Unix操作系統中,設備節點並不一定要對應物理設備。沒有這種對應關係的設備是偽設備。操作系統運用了它們提供的多種功能。部份經常使用到的偽設備包括:

/dev/null
接受並丟棄所有輸入;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)

創建節點

[編輯]

節點是由mknod系統調用創建的。在命令行中,有同名的程序來創建節點。rename和unlink系統調用可以用於移動和刪除節點,相應的命令是mv和rm。在使用cp命令時加上-R-a參數,可以創建一個與原設備節點具有同樣屬性的節點。

命名約定

[編輯]

在基於Linux的系統中,設備節點一般在/dev下,通常使用如下的前綴:

大部分設備的前綴名後面跟隨一個數字,它唯一指定某一設備。硬盤驅動器的前綴名後面跟隨一個字母和一個數字,字母用於指明設備,而數字用於指明分區。因此,/dev/sda3指定了硬盤上的一個分區,/dev/pts/14指定了一個網絡終端會話。

一些Linux發行版用SCSI層來定義非IDE硬盤的硬盤設備,例如SATA硬盤、USB磁盤等,因此雖然一塊硬盤可能並不是SCSI硬盤,但仍可以通過sd設備訪問它。

參考資料

[編輯]
  1. ^ (英文)Corbet, Jonathan; Kroah-Hartman, Greg; Rubini, Alessandro. Linux Device Drivers, 3rd Edition. O'Reilly. 2005 [2018-04-30]. (原始內容存檔於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.