FreeBSD使用大全(16)：設備文件
 

FreeBSD連載(16)：設備文件
王波

設備文件

　　對于每種硬件設備，系統內核有相應的設備驅動程序負責對它的處理。而在Unix中，使用設備文件的方式來表示 硬件設備，每種設備驅動程序都被抽象為設備文件的形式，這樣就給應用程序一個一致的文件界面，方便應用程序和操作系統 之間的通信。所有的設備文件都放置在/dev目錄下。 

$ ls -l /dev/rfd0 /dev/fd0



brw-r-----  9 root operator 2, 0 Nov 12 13:32 /dev/fd0



crw-r-----  9 root operator 9, 0 Nov 12 13:32 /dev/rfd0

　　在上面的列表中可以看到原來顯示文件大小的地方，現在改為顯示兩個用逗號分隔的數字。這是系統用來表示設備的 兩個重要的序號，第一個為主設備號（major number），用來表示設備使用的硬件驅動程序在系統中的序號﹔第 二個為從設備號（minor number），硬件驅動程序使用它來區分不同的設備和判斷如何進行處理。FreeBSD 下主設備號用8位表示，而從設備號用24位來表示。事實上設備文件的名字并不重要，重要的是這兩個設備號，操作系統 使用它確定硬件驅動程序，并與硬件驅動程序進行通信。

  • 磁盤和塊設備文件

　　在Unix下將設備分為兩種，塊設備和字符設備，其中塊設備主要用于隨機存取的目的，磁盤為這一類設備的代表 ，而字符設備用于順序存取的目的，例如磁帶或終端設備。

　　磁盤設備的命名方式在前一章中提到過，磁盤設備由磁盤名、磁盤的序號、分區的序號、以及FreeBSD子分區 的序號來表示，例如在設備wd0s1a中，wd為驅動程序，此后為設備序號，0表示為這個驅動程序的第一個設備，Unix 習慣上從0開始計數，第三部分的分區序號為s1，注意這里為第一個分區，因為s1是從1開始向下排列的，與一般Unix 的習慣不同，這是因為分區的概念是一個DOS概念，因此這里也使用與DOS相對應的順序，最后一個a為FreeBSD 子分區的順序，每個UFS基本分區可以有8個子分區，這8個分區按照習慣用于不同的目的，例如wd0s1a用于 根文件系統，wd0s1b用做交換分區，使用wd0s1c表示整個硬盤分區wd0s1。因此可以將fd0c用于對整個 軟盤fd0進行存取，wcd0c用于對整個光盤wcd0進行存取等。

　　傳統名字，例如wd0a，可以用于表示第一個UFS分區上的a子分區，如wd0s1a。一般一個硬盤上只有一 個UFS分區，因此可以直接使用傳統名字標識磁盤分區。

　　在使用ls命令列表時，系統使用c（character）標識一個字符設備文件，使用b（block）標識塊 設備文件。 

$ ls -l /dev/*wd0s1


crw-r----- 1 root operator 3, 131072 Oct 31 19:59 /dev/rwd0s1


brw-r----- 1 root operator 0, 131072 Oct 31 19:59 /dev/wd0s1

　　雖然硬盤設備為塊設備，用于隨機存取的目的。但它也可以被順序存取，這種方式稱為raw方式。使用raw方式 存取硬盤，就需要一個對應的字符類型的設備文件，對應wd0s1硬盤設備的字符類型硬盤設備為rwd0s1，設備名中 第一個字母使用r表示對硬盤的raw方式順序存取。

　　由于設備文件就代表了整個設備，就可以使用FreeBSD的標准命令以raw方式直接操作設備文件，從而直接 訪問硬件設備。利用這種方式，能完成很多有用的工作，但是這種方式也非常危險，例如對硬盤設備文件的操作失誤會破壞整 個硬盤的數據。幸好大部分直接訪問設備的操作都為讀取相應數據的操作，而不需要寫入磁盤設備。

　　當某個設備不可使用，則其對應的設備文件也不能正常訪問，因此直接訪問設備文件可以判斷對應的設備是否真正正 常。例如，判斷連接到第一個串口，ttyd0上的鼠標是否正常工作，使用命令 “cat </dev/ttyd 0” 來查看ttyd0上的輸入數據，如果連接的有鼠標且工作正常，那么在移動鼠標的同時屏幕上就會顯示出接收到的雜 亂數據。如果沒有反應，說明鼠標工作不正確。但這也可能是其他程序接管了這個設備，例如系統運行了moused。如果 moused控制了鼠標端口，那么 “cat < /dev/sysmouse” 會給出答案。

　　cat或其他命令，沒有控制具體接收到數據的多少，更有效的系統工具是dd，它能精確輸入輸出一定數量的數據 。例如：# dd if=/dev/rwd0 of=mbr count=1 bs=512

　　這將以512字節為單位，讀取硬盤wd0上一個單位的數據，保存到名字為mbr的文件中，通常這是硬盤wd0 上的主引導扇區。

  • 終端設備

　　終端設備文件為標識用戶與系統連接的終端設備的設備文件，這是一種典型的字符設備文件。普通的終端一般使用串 口和主機相連接，系統使用終端文件來描述這個連接的終端。通常第一個串口連接的設備為ttyd0（標准個人計算機第一 個串口連接的常常是鼠標），第二個串口為ttyd1，依次類推。

　　如果用戶是使用telnet或其他遠程登錄的方式，那么系統使用一個偽設備文件與用戶的偽終端相對應，這些偽 終端設備文件為ttyp0到ttysv，ttyP0到ttySv。這樣就能支持相當多用戶同時登錄系統。

　　Unix是多用戶、多任務系統，但是個人計算機僅僅有一個屏幕，熟練Unix用戶喜歡同時進行几個工作，例如 在一邊下載文件，一邊進行編程等，對于直接使用控制台的FreeBSD用戶來講，FreeBSD提供的虛擬終端能完美 的解決這個問題。

　　對于在控制台上的虛擬終端，對應的終端設備文件為ttyv0、ttyv1、ttyv3等，與鍵盤上的12個功 能鍵相對應。控制台設備被系統用來輸出很多必要的信息，包括各種登錄信息等對系統安全非常相關的信息。由于在控制台上 操作就是在個人計算機前面操作，因此通常在控制台上能完成許多在其他終端上不能完成的操作，例如：使用Ctrl+Alt+Del 重起系統等。為了保証系統安全，必須限制對控制台的物理訪問。

　　對于不在控制台的用戶，就需要額外的應用程序的支持，在X終端上能使用X Window系統開出多個窗口，每 個窗口對應一個偽終端。在字符終端上，也可以通過應用程序screen打開几個偽終端，但這需要安裝相應的軟件。這些 偽終端都使用ttyp0等偽設備文件。

　　與終端相關的另一個問題為不同的終端設備分為不同的終端類型，這是因為雖然終端是字符型設備，但又要求它能夠 具備更復雜的功能，例如進行全屏幕操作等。這樣就要求終端設備能接受和識別一些控制字符，而不同的終端設備具備不同的 控制字符。登錄用戶可以使用TERM環境變量來告訴應用程序當前使用的終端類型，常用的終端類型有vt100，ansi 等，FreeBSD控制台的終端類型為cons25，但是其他Unix中一般不識別這個類型，因此如果在FreeBSD 上通過telnet等連接到其他Unix上之后，應該改變TERM變量的值為ansi。

　　在FreeBSD中，終端類別對應的控制字符使用termcap的方法定義，而System V中使用ter minfo的方式。所有的終端類型記錄在/usr/share/misc/termcap文件中，并定義這些終端對應 的控制字符。

　　登錄到系統之后，將有一個終端設備文件與用戶的這個登錄過程相聯系。這個終端設備文件在控制台上登錄時可能是 /dev/ttyv0，如果從網絡上遠程登錄可能是/dev/ttyp0，但無論是那種情況，系統總使用/dev/t ty來代表用戶當前使用的終端，直接訪問/dev/tty將對當前的終端進行直接操作。

　　除了這些與設備相聯系的設備文件之外，還有一些特殊的設備文件。例如/dev/zero文件代表一個永遠輸出 0的設備文件，使用它作輸入可以得到全為空的文件。因此可用來創建新文件和以覆蓋的方式清除舊文件。下面使用dd命令 將從zero設備中創建一個10K大小（bs決定每次讀寫1024字節，count定義讀寫次數為10次），但內容全 為0的文件。

　　# dd if=/dev/zero of=file count=10 bs=1024

　　10+0 records in

　　10+0 records out

　　10240 bytes transferred in 0.001408 secs (7267903 b ytes/sec)

　　另一個特殊設備文件為/dev/null，永遠無法寫滿，寫入的內容被系統立即丟棄。如果不想看到程序的輸出 ，可以使用它作輸出。

　　# make world > /dev/null

　　去除了屏幕輸出，使整個程序執行過程非常平靜。

  • 設備文件的創建

　　通常情況下，安裝系統時已經創建了常用的設備文件，可以直接訪問這些設備文件來訪問設備。但在用戶重新定制內 核，并添加了新硬件驅動程序之后，新驅動程序對應的設備文件就可能不存在。在FreeBSD中，最常見的例子就是在內 核中增加聲卡的驅動程序時，就需要創建相應設備文件。

　　創建設備文件可以使用/dev目錄下的shell程序MAKEDEV來完成，首先進入/dev目錄，然后再執 行MAKEDEV。

　　# cd /dev

　　# ./MAKEDEV snd0

　　MAKEDEV將使用設備名作參數創建設備文件，同時也創建這個設備文件依賴的其他相關設備文件。MAKEDEV 的參數，并不一定為創建的設備文件名。例如建立 “MAKEDEV vty8” 將建立ttyv0到ttyv7共 8個設備文件，使用 “MAKEDEV wd1s1a” 命令，將建立wd1、wd1s1、wd1s2等，以及wd1s1a、wd1s1b 等設備文件。也可以使用all做MAKEDEV的參數，這將首先清除/dev目錄下的所有設備文 件，然后MAKEDEV創建所有預設的設備文件。一般情況下這將創建足夠多的設備文件，其中的大部分設備文件在具體的 系統中不會用得到。

　　如果對一個系統中沒有（或者內核沒有探測到）的設備對應的設備文件進行操作，則系統返回Device not configured 的錯誤信息。

　　MAKEDEV將使用mknod和對應設備的正確參數，包括字符或塊設備、主設備號和從設備號來建立相應的設 備文件。管理員也可以直接使用mknod創建設備文件，但這就必須將這些設備參數統統指定正確才行。因此除非對系統中 的硬件驅動程序特別熟悉，一般不直接使用mknod來創建設備文件。

未完，待續。。。　　
 
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