跳转到内容

装置文件系统

本页使用了标题或全文手工转换
维基百科,自由的百科全书

装置文件类Unix系统中是一个装置驱动程式的界面,并如常规文件一样出现在文件系统中。

微软MS-DOS、OS-2和Windows操作系统中也有专门的装置文件。它们允许应用程式使用装置驱动程式,通过标准输入输出系统调用与驱动程式交互,从而简化了许多任务,也带来了与装置特性、功能无关的用户级I/O。

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

在类Unix操作系统中包含两类装置节点,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。它们合称为装置特定文件,与之对应的是命名管道,它既不连接到任何装置,也不是一个文件。

MS-DOS的装置文件借鉴了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,装置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装置文件的文件名。

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。通过限制装置节点只能放入/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式访问或命名硬件)。

MS-DOS通过开放装置文件的形式保证了装置包含性,应用程式尝试访问正在被使用的装置时会无法访问装置节点。Unix与Linux在并发控制上采取了多种装置驱动程式的原理。[1]

实现

本质上讲,装置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装置号从装置号来识别这些资源。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式,而次数用于指定驱动程式控制的某一特定装置(驱动程式可能控制多个装置),在这种情况下,系统可能把次数作为参数传给驱动程式。

电脑就像对待普通文件那样,用标准系统调用访问装置节点。根据硬件的接口类型和操作系统处理输入输出的方式,装置文件可以分成两类。

装置

字符装置

字符装置是指每次与系统传输1个字符的装置。这些装置节点通常为传真虚拟终端和串口调制解调器之类装置提供流通信服务,它通常不支持随机存取数据。

字符装置在实现时,大多不使用缓存器。系统直接从装置读取/写入每一个字符。

块装置

块装置是指与系统间用块的方式移动数据的装置。这些装置节点通常代表可寻址装置,如硬盘CD-ROM内存区域。

块装置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。当程序向装置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。

伪装置

在类Unix操作系统中,装置节点并不一定要对应物理装置。没有这种对应关系的装置是伪装置。操作系统运用了它们提供的多种功能。部分经常使用到的伪装置包括:

/dev/null
接受并丢弃所有输入;即不产生任何输出。
/dev/full
永远在被填满状态的装置。
/dev/loop
Loop装置
/dev/zero
产生连续的NUL字符的流(数值为0)。
/dev/random
产生一个虚假随机的任意长度字符流。(Blocking)
/dev/urandom
产生一个虚假随机的任意长度字符流。(Non-Blocking)

创建节点

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,可以创建一个与原装置节点具有同样属性的节点。

命名约定

在基于Linux的系统中,装置节点一般在/dev下,通常使用如下的前缀:

大部分装置的前缀名后面跟随一个数字,它唯一指定某一装置。硬盘驱动器的前缀名后面跟随一个字母和一个数字,字母用于指明装置,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层来定义非IDE硬盘的硬盘装置,例如SATA硬盘、USB磁碟等,因此虽然一块硬盘可能并不是SCSI硬盘,但仍可以通过sd装置访问它。

参考资料

  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.