什么是linux設(shè)備文件

在linux中，設(shè)備文件是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的接口，允許應(yīng)用程序通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出系統(tǒng)調(diào)用使用其設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備進(jìn)行交互。linux系統(tǒng)中有兩種常用的設(shè)備文件：字符特殊文件和塊特殊文件，它們間的區(qū)別在于操作系統(tǒng)和硬件讀取和寫(xiě)入的數(shù)據(jù)量。

本教程操作環(huán)境：linux5.9.8系統(tǒng)、Dell G3電腦。

Linux設(shè)備文件（Device file）

設(shè)備文件概述

在類(lèi)Unix操作系統(tǒng)中，設(shè)備文件或特殊文件是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的接口，出現(xiàn)在文件系統(tǒng)中就好像它是普通文件一樣。在MS-DOS，OS / 2和Microsoft Windows中也有特殊文件。 這些特殊文件允許應(yīng)用程序通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出系統(tǒng)調(diào)用使用其設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備進(jìn)行交互。使用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)調(diào)用簡(jiǎn)化了許多編程任務(wù)，并且無(wú)論設(shè)備的特性和功能如何，都可以實(shí)現(xiàn)一致的用戶(hù)空間I / O機(jī)制。

設(shè)備文件通常提供與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（如打印機(jī)和串行端口）的簡(jiǎn)單接口，但也可用于訪(fǎng)問(wèn)這些設(shè)備（如磁盤(pán)分區(qū)）上的特定獨(dú)特資源。此外，設(shè)備文件對(duì)于訪(fǎng)問(wèn)與任何實(shí)際設(shè)備（如數(shù)據(jù)接收器和隨機(jī)數(shù)生成器）無(wú)關(guān)的系統(tǒng)資源非常有用。

圖1 應(yīng)用程序、塊文件、驅(qū)動(dòng)、硬件之間的關(guān)系

類(lèi)Unix操作系統(tǒng)中有兩種常用的設(shè)備文件，稱(chēng)為字符特殊文件和塊特殊文件。它們之間的區(qū)別在于操作系統(tǒng)和硬件讀取和寫(xiě)入的數(shù)據(jù)量。 與命名管道不同，它們可以稱(chēng)為設(shè)備專(zhuān)用文件，但命名管道并不連接到設(shè)備，但也不是普通文件。

在一些類(lèi)Unix系統(tǒng)中，大多數(shù)設(shè)備文件作為傳統(tǒng)上安裝在/ dev的虛擬文件系統(tǒng)的一部分進(jìn)行管理，可能與控制守護(hù)進(jìn)程相關(guān)聯(lián)，該守護(hù)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)監(jiān)視硬件添加和刪除，對(duì)設(shè)備文件系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)更改，如果對(duì)設(shè)備文件系統(tǒng)進(jìn)行更改的操作不是內(nèi)核自動(dòng)完成的，則控制守護(hù)進(jìn)程可能調(diào)用系統(tǒng)或用戶(hù)空間中的腳本來(lái)處理特殊設(shè)備需求。

FreeBSD和DragonFly BSD實(shí)現(xiàn)已經(jīng)命名了虛擬設(shè)備文件系統(tǒng)devfs和關(guān)聯(lián)的守護(hù)進(jìn)程devd。 Linux主要使用稱(chēng)為udev的用戶(hù)空間實(shí)現(xiàn)，但有許多變體。 Darwin以及基于它的macOS等操作系統(tǒng)都有純粹的基于內(nèi)核的設(shè)備文件系統(tǒng)。

在支持chroot進(jìn)程隔離的Unix系統(tǒng)中，比如Solaris Containers，通常每個(gè)chroot環(huán)境都需要它自己的/ dev; 這些安裝點(diǎn)將在全局文件系統(tǒng)樹(shù)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的主機(jī)操作系統(tǒng)上可見(jiàn)。通過(guò)限制將設(shè)備節(jié)點(diǎn)填充到/ dev的chroot實(shí)例中，硬件隔離可以由chroot環(huán)境強(qiáng)制實(shí)施（程序不能插入硬件，它既不能看到也不能訪(fǎng)問(wèn)名稱(chēng) – 這是比Unix文件系統(tǒng)權(quán)限更強(qiáng)的訪(fǎng)問(wèn)控制形式）。

設(shè)備節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于操作系統(tǒng)內(nèi)核已經(jīng)分配的資源。 Unix通過(guò)一個(gè)主號(hào)碼和一個(gè)次號(hào)碼來(lái)標(biāo)識(shí)這些資源， 都作為節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的一部分存儲(chǔ)。 這些編號(hào)的分配在不同的操作系統(tǒng)和不同的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上獨(dú)特地發(fā)生。通常，主號(hào)碼標(biāo)識(shí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，次號(hào)碼標(biāo)識(shí)驅(qū)動(dòng)程序控制的特定設(shè)備（可能超出許多設(shè)備）： 在這種情況下，系統(tǒng)可能會(huì)將次號(hào)碼傳遞給驅(qū)動(dòng)程序。 但是，在動(dòng)態(tài)分配數(shù)字的情況下，情況可能并非如此（例如，在FreeBSD 5及更高版本上）。

與其他特殊文件類(lèi)型一樣，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)調(diào)用訪(fǎng)問(wèn)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，并將它們視為普通計(jì)算機(jī)文件。存在兩種標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型的設(shè)備文件; 不幸的是，由于歷史原因，他們的名字相當(dāng)反直覺(jué)，因此解釋兩者之間的差異通常是不正確的。

塊文件分類(lèi)

字符設(shè)備（Character devices）

字符特殊文件或字符設(shè)備提供無(wú)緩沖，直接訪(fǎng)問(wèn)硬件設(shè)備。 它們不一定允許程序一次讀取或?qū)懭雴蝹€(gè)字符; 這取決于所討論的設(shè)備。 例如，硬盤(pán)的字符設(shè)備通常會(huì)要求所有讀寫(xiě)操作都對(duì)齊到塊邊界，并且絕對(duì)不允許讀取單個(gè)字節(jié)。

字符設(shè)備有時(shí)被稱(chēng)為原始設(shè)備，以避免圍繞一個(gè)基于塊的硬件的字符設(shè)備通常需要程序讀取和寫(xiě)入對(duì)齊的塊的事實(shí)混淆。

塊設(shè)備（Block devices）

塊特殊文件或塊設(shè)備提供對(duì)硬件設(shè)備的緩沖存取，并提供一些抽象的細(xì)節(jié)。 與字符設(shè)備不同，塊設(shè)備將始終允許程序員讀取或?qū)懭肴魏未笮〉膲K（包括單個(gè)字符/字節(jié)）和任何對(duì)齊。缺點(diǎn)是由于塊設(shè)備被緩沖，編程人員不知道在寫(xiě)入數(shù)據(jù)從內(nèi)核的緩沖區(qū)傳遞到實(shí)際設(shè)備之前需要多長(zhǎng)時(shí)間，或者實(shí)際上兩個(gè)單獨(dú)的寫(xiě)入將以什么順序到達(dá)物理設(shè)備？ 此外，如果相同的硬件暴露字符和塊設(shè)備，則由于客戶(hù)端使用字符設(shè)備不知道塊設(shè)備的緩沖區(qū)中所做的更改而導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

偽設(shè)備（Pseudo-devices）

類(lèi)Unix系統(tǒng)上的設(shè)備節(jié)點(diǎn)不一定要與物理設(shè)備相對(duì)應(yīng)。缺乏這種對(duì)應(yīng)關(guān)系的節(jié)點(diǎn)形成了一組偽裝置。 它們提供操作系統(tǒng)處理的各種功能。 一些最常用的（基于字符的）偽裝置包括：

/ dev / null - 接受并放棄所有輸入; 不產(chǎn)生輸出（總是在讀取時(shí)返回文件結(jié)束指示） / dev / zero - 接受并放棄所有輸入; 產(chǎn)生連續(xù)的NUL（零值）字節(jié)流 / dev / full - 讀取時(shí)會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的NUL（零值）字節(jié)流，并在寫(xiě)入時(shí)返回“磁盤(pán)已滿(mǎn)”消息 / dev / random和/ dev / urandom - 它們產(chǎn)生一個(gè)可變長(zhǎng)度的偽隨機(jī)數(shù)字流。

節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建

節(jié)點(diǎn)由mknod系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建。用于創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)的命令行程序也稱(chēng)為mknod。 通常的文件系統(tǒng)調(diào)用（重命名，取消鏈接）和命令（mv，rm）可以移動(dòng)或刪除節(jié)點(diǎn)。 當(dāng)復(fù)制設(shè)備節(jié)點(diǎn)時(shí)傳遞選項(xiàng)-R或-a時(shí)，cp -l命令會(huì)創(chuàng)建一個(gè)與原始屬性相同的新設(shè)備節(jié)點(diǎn)。

某些Unix版本包含一個(gè)名為makedev或MAKEDEV的腳本，用于在目錄/ dev中創(chuàng)建所有必需的設(shè)備。 只有在其設(shè)備被靜態(tài)分配主要編號(hào)的系統(tǒng)上（例如，通過(guò)在其內(nèi)核模塊中對(duì)其進(jìn)行硬編碼）才有意義。

塊文件命名規(guī)則

以下前綴用于/ dev層次結(jié)構(gòu)中某些設(shè)備的名稱(chēng)，以標(biāo)識(shí)設(shè)備的類(lèi)型：

lp：行式打印機(jī)（比較lp） pt：偽終端（虛擬終端） tty：終端 一些額外的前綴已經(jīng)在一些操作系統(tǒng)中普遍使用：   fb：幀緩沖區(qū) fd :(平臺(tái)）軟盤(pán)，盡管這個(gè)縮寫(xiě)也常用來(lái)指文件描述符 高清：（“經(jīng)典”）IDE驅(qū)動(dòng)程序（以前用于ATA硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，ATAPI光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等） hda：第一個(gè)ATA通道上的主設(shè)備（通常由主編號(hào)3和次編號(hào)0標(biāo)識(shí)） hdb：第一個(gè)ATA通道上的從屬設(shè)備 hdc：第二個(gè)ATA通道上的主設(shè)備 hdc1：此磁盤(pán)上的第一個(gè)主分區(qū)（示例） hdc5：擴(kuò)展分區(qū)中的第一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器（示例） hdd：第二個(gè)ATA通道上的從屬設(shè)備 parport，pp：并行端口 SCSI驅(qū)動(dòng)程序，也被libATA（現(xiàn)代PATA / SATA驅(qū)動(dòng)程序），USB，IEEE 1394等使用。 sd：大容量存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)程序 sda：首次注冊(cè)的設(shè)備 sda4：此磁盤(pán)上的最后一個(gè)分區(qū)（示例） sda6：擴(kuò)展分區(qū)中的第二個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器（示例） sdb，sdc等：第二，第三等注冊(cè)設(shè)備 ses：機(jī)箱驅(qū)動(dòng)程序 sg：通用SCSI層 sr：“ROM”驅(qū)動(dòng)程序（面向數(shù)據(jù)的光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器; scd只是一個(gè)輔助別名） st：磁帶驅(qū)動(dòng)器 tty：終端 ttyS :(平臺(tái))串口驅(qū)動(dòng)程序 ttyUSB：USB串口轉(zhuǎn)換器，調(diào)制解調(diào)器等

在Linux中使用的前綴規(guī)范列表可以在Linux設(shè)備列表中找到，Linux設(shè)備列表是Linux操作系統(tǒng)的分配設(shè)備編號(hào)和/ dev目錄節(jié)點(diǎn)的正式注冊(cè)表。

對(duì)于大多數(shù)設(shè)備而言，此前綴后面跟著唯一標(biāo)識(shí)特定設(shè)備的編號(hào)。 對(duì)于硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，使用字母來(lái)標(biāo)識(shí)設(shè)備，然后使用數(shù)字來(lái)標(biāo)識(shí)分區(qū)。因此，文件系統(tǒng)可以通過(guò)/dev/sda3找到磁盤(pán)上的區(qū)域；把/dev/pts/14與聯(lián)網(wǎng)的終端會(huì)話(huà)聯(lián)系起來(lái)。

操作設(shè)備文件的相關(guān)命令

mknod

大家如果對(duì)嵌入式感興趣，大家可以自行查看該命令的使用方法。