設備文件系統
設備文件在類Unix系統中是一個設備驅動程序的界面，並如常規文件一樣出現在文件系統中。
在微軟的MS-DOS、OS-2和Windows等操作系統中也有專門的設備文件。它們允許應用程序使用設備驅動程序，通過標準輸入輸出系統調用與驅動程序交互，從而簡化了許多任務，也帶來了與設備特性、功能無關的用戶級I/O。
設備文件通常為周邊設備提供簡單的接口，如打印機。它也可訪問這些設備的特定資源，如硬盤分區。它還可以訪問沒有連接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操作系統中包含兩類設備節點，分別為字符文件與塊文件。它們的區別是操作系統和硬件如何向它們讀寫數據。它們合稱為設備特定文件，與之對應的是命名管道，它既不連接到任何設備，也不是一個文件。
MS-DOS的設備文件借鑑了Unix的特殊文件的概念。MS-DOS的早期版本並不支持文件目錄層次，設備文件的文件名被設定為保留字以區分普通文件，新文件或新目錄不能夠使用這些設備文件的文件名。
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文件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件隔離（比Unix的文件系統權限還要嚴格的一種訪問控制，可以禁止特定應用程序訪問或命名硬件）。
MS-DOS通過開放設備文件的形式保證了設備包含性，應用程序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序的原理。[1]
實現
[編輯]本質上講，設備節點對應於操作系統分配的資源。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。在各種操作系統和系統平台上，這些數都是被唯一分配的。通常，主數用於指定驅動程序，而次數用於指定驅動程序控制的某一特定設備（驅動程序可能控制多個設備），在這種情況下，系統可能把次數作為參數傳給驅動程序。
計算機就像對待普通文件那樣，用標準系統調用訪問設備節點。根據硬件的接口類型和操作系統處理輸入輸出的方式，設備文件可以分成兩類。
設備
[編輯]字符設備
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字符設備是指每次與系統傳輸1個字符的設備。這些設備節點通常為傳真、虛擬終端和串口調製解調器之類設備提供流通信服務，它通常不支持隨機存取數據。
字符設備在實現時，大多不使用緩存器。系統直接從設備讀取／寫入每一個字符。
塊設備
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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尋址設備，如硬盤、CD-ROM和內存區域。
塊設備通常支持隨機存取和尋址，並使用緩存器。操作系統為輸入輸出分配了緩存以存儲一塊數據。當程序向設備發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符存儲在適當的緩存中。當緩存被填滿時，會採取適當的操作（把數據傳走），而後系統清空緩存。
偽設備
[編輯]在類Unix操作系統中，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。操作系統運用了它們提供的多種功能。部份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
[編輯]節點是由mknod系統調用創建的。在命令行中，有同名的程序來創建節點。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
[編輯]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：
- fb：frame緩衝
- fd：軟盤
- hd：IDE硬盤或光驅
- lp：打印機
- par：並口
- pt：偽終端
- s：SCSI設備
- scd：SCSI音頻光驅
- sd：SCSI硬盤
- sg：SCSI通用設備
- sr：SCSI數據光驅
- st：SCSI磁帶
- tty：終端
- ttyS：串口
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。硬盤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指定了硬盤上的一個分區，/dev/pts/14指定了一個網絡終端會話。
一些Linux發行版用SCSI層來定義非IDE硬盤的硬盤設備，例如SATA硬盤、USB磁盤等，因此雖然一塊硬盤可能並不是SCSI硬盤，但仍可以通過sd設備訪問它。
參考資料
[編輯]- ^ （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.
