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界面 来自维基百科,自由的百科全书
设备文件在类Unix系统中是一个设备驱动程序的界面,并如常规文件一樣出現在文件系统中。
在微软的MS-DOS、OS-2和Windows等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,也带来了与设备特性、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,如数据接受器和随机数生成器。
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]
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和从设备号来识别这些资源。在各种操作系统和系统平台上,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。
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和内存区域。
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。
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
/dev/full
/dev/loop
/dev/zero
/dev/random
/dev/urandom
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
或-a
参数,可以创建一个与原设备节点具有同样属性的节点。
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层来定义非IDE硬盘的硬盘设备,例如SATA硬盘、USB磁盘等,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。
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.