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裝置檔案系統

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裝置檔案類Unix系統中是一個裝置驅動程式的介面,並如常規檔案一樣出現在檔案系統中。

微軟MS-DOS、OS-2和Windows作業系統中也有專門的裝置檔案。它們允許應用程式使用裝置驅動程式,通過標準輸入輸出系統呼叫與驅動程式互動,從而簡化了許多工,也帶來了與裝置特性、功能無關的使用者級I/O。

裝置檔案通常為周邊裝置提供簡單的介面,如印表機。它也可訪問這些裝置的特定資源,如硬碟分割區。它還可以訪問沒有連接到任何真實裝置的系統資源,如資料接受器亂數生成器

在類Unix作業系統中包含兩類裝置節點,分別為字元檔案與塊檔案。它們的區別是作業系統和硬體如何向它們讀寫資料。它們合稱為裝置特定檔案,與之對應的是命名管道,它既不連接到任何裝置,也不是一個檔案。

MS-DOS的裝置檔案借鑑了Unix的特殊檔案的概念。MS-DOS的早期版本並不支援檔案目錄層次,裝置檔案的檔名被設定為保留字以區分普通檔案,新檔案或新目錄不能夠使用這些裝置檔案的檔名。

在支援chroot行程獨立的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檔案系統中各種地方顯示。通過限制裝置節點只能放入/dev內的chroot實例中,chroot環境可以強制實行硬體隔離(比Unix的檔案系統權限還要嚴格的一種訪問控制,可以禁止特定應用程式訪問或命名硬體)。

MS-DOS通過開放裝置檔案的形式保證了裝置包含性,應用程式嘗試訪問正在被使用的裝置時會無法訪問裝置節點。Unix與Linux在並行控制上採取了多種裝置驅動程式的原理。[1]

實現

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本質上講,裝置節點對應於作業系統分配的資源。Unix通過存放於節點結構中的主裝置號從裝置號來辨識這些資源。在各種作業系統系統平台上,這些數都是被唯一分配的。通常,主數用於指定驅動程式,而次數用於指定驅動程式控制的某一特定裝置(驅動程式可能控制多個裝置),在這種情況下,系統可能把次數作為參數傳給驅動程式。

電腦就像對待普通檔案那樣,用標準系統呼叫訪問裝置節點。根據硬體的介面類型和作業系統處理輸入輸出的方式,裝置檔案可以分成兩類。

裝置

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字元裝置

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字元裝置是指每次與系統傳輸1個字元的裝置。這些裝置節點通常為傳真虛擬終端和序列埠數據機之類裝置提供流通訊服務,它通常不支援隨機存取資料。

字元裝置在實現時,大多不使用快取記憶體。系統直接從裝置讀取/寫入每一個字元。

塊裝置

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塊裝置是指與系統間用塊的方式行動資料的裝置。這些裝置節點通常代表可定址裝置,如硬碟CD-ROM主記憶體區域。

塊裝置通常支援隨機存取和定址,並使用快取記憶體。作業系統為輸入輸出分配了快取以儲存一塊資料。當程式向裝置傳送了讀取或者寫入資料的請求時,系統把資料中的每一個字元儲存在適當的快取中。當快取被填滿時,會採取適當的操作(把資料傳走),而後系統清空快取。

偽裝置

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在類Unix作業系統中,裝置節點並不一定要對應物理裝置。沒有這種對應關係的裝置是偽裝置。作業系統運用了它們提供的多種功能。部份經常使用到的偽裝置包括:

/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裝置。
/dev/loop
Loop裝置
/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)

建立節點

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節點是由mknod系統呼叫建立的。在命令列中,有同名的程式來建立節點。rename和unlink系統呼叫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,可以建立一個與原裝置節點具有同樣屬性的節點。

命名約定

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在基於Linux的系統中,裝置節點一般在/dev下,通常使用如下的字首:

大部分裝置的字首名後面跟隨一個數字,它唯一指定某一裝置。硬碟機的字首名後面跟隨一個字母和一個數字,字母用於指明裝置,而數字用於指明分割區。因此,/dev/sda3指定了硬碟上的一個分割區,/dev/pts/14指定了一個網路終端對談。

一些Linux發行版用SCSI層來定義非IDE硬碟的硬碟裝置,例如SATA硬碟、USB磁碟等,因此雖然一塊硬碟可能並不是SCSI硬碟,但仍可以通過sd裝置訪問它。

參考資料

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  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.