設備檔案系統

在類Unix作業系統中，設備檔案是一個設備驅動程式的界面，並被存儲在檔案系統中，就像常規檔案。

基本介紹

  • 中文名：設備檔案系統
  • 領域：計算機
簡介,實現,設備,字元設備,塊設備,偽設備,創建節點,命名約定,

簡介

在微軟的MS-DOS、OS-2和Windows等作業系統中，也有專門的設備檔案。它們允許應用程式使用設備驅動程式，通過標準輸入輸出系統調用與驅動程式互動，從而簡化了許多任務，也帶來了於設備特性、功能無關的用戶級I/O。
設備檔案通常為周邊設備提供簡單的接口，如印表機。它也可訪問這些設備的特定資源，如硬碟分區。它還可以訪問沒有連線到任何真實設備的系統資源，如數據接受器和隨機數生成器。
在類Unix作業系統中包含兩類設備節點，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數據。它們合稱為設備特定檔案，與之對應的是命名管道，它既不連線到任何設備，也不是一個檔案。
MS-DOS的設備檔案借鑑了Unix的特殊檔案的概念。MS-DOS的早期版本並不支持檔案目錄層次，設備檔案的檔案名稱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設備檔案的檔案名稱。
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檔案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體隔離（比Unix的檔案系統許可權還要嚴格的一種訪問控制，禁可以止特定應用程式訪問或命名硬體）。
MS-DOS通過開放設備檔案的形式保證了設備包含性，應用程式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式的原理。

實現

本質上講，設備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設備號和從設備號來識別這些資源。在各種作業系統和系統平台上，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設備（驅動程式可能控制多個設備），在這種情況下，系統可能把次數作為參數傳給驅動程式。
計算機就像對待普通檔案那樣，用標準系統調用訪問設備節點。根據硬體的接口類型和作業系統處理輸入輸出的方式，設備檔案可以分成兩類。

設備

字元設備

字元設備是指每次與系統傳輸1個字元的設備。這些設備節點通常為傳真、虛擬終端和串口數據機之類設備提供流通信服務，它通常不支持隨機存取數據。
字元設備在實現時，大多不使用快取器。系統直接從設備讀取/寫入每一個字元。

塊設備

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定址設備，如硬碟、CD-ROM和記憶體區域。
塊設備通常支持隨機存取和定址，並使用快取器。作業系統為輸入輸出分配了快取以存儲一塊數據。當程式向設備傳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元存儲在適當的快取中。當快取被填滿時，會採取適當的操作（把數據傳走），而後系統清空快取。

偽設備

在類Unix作業系統中，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。作業系統運用了它們提供的多種功能。部分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

節點是由mknod系統調用創建的。在命令行中，有同名的程式來創建節點。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或-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

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：
tty：終端
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。硬碟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指定了硬碟上的一個分區，/dev/pts/14指定了一個網路終端會話。
一些Linux發行版用SCSI層訪問所有固定硬碟，因此雖然一塊硬碟可能並不是SCSI硬碟，但仍可以通過sd設備訪問它。

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