闡述Linux設(shè)備文件管理硬件設(shè)備
有人說Linux已經(jīng)成為過去式了，這是因為你不懂Linux，如果你想在了解Linux設(shè)備文件管理硬件設(shè)備，希望本文對你學(xué)習(xí)Linux設(shè)備文件管理硬件設(shè)備有幫助。設(shè)備管理是操作系統(tǒng)五大管理中最復(fù)雜的部分。
與Unix系統(tǒng)一樣，Linux系統(tǒng)采用設(shè)備文件統(tǒng)一管理硬件設(shè)備，從而將硬件設(shè)備的特性及管理細(xì)節(jié)對用戶隱藏起來，實現(xiàn)用戶程序與設(shè)備無關(guān)性。在Linux系統(tǒng)中，硬件設(shè)備分為兩種，即塊設(shè)備和字符設(shè)備。
1 特別文件
用戶是通過文件系統(tǒng)與設(shè)備接口的，所有設(shè)備都作為特別文件，從而在管理上就具有一些共性。
(1)每個設(shè)備都對應(yīng)文件系統(tǒng)中的一個索引節(jié)點，都有一個文件名。設(shè)備的文件名一般由兩部分構(gòu)成，***部分是主設(shè)備號，第二部分是次設(shè)備號。
主設(shè)備號代表設(shè)備的類型，可以惟一地確定設(shè)備的驅(qū)動程序和界面，如hd表示IDE硬盤，sd表示SCSI硬盤，tty表示終端設(shè)備等；次設(shè)備號代表同類設(shè)備中的序號，如hda表示IDE主硬盤，hdb表示IDE從硬盤等。
（2）應(yīng)用程序通常可以通過系統(tǒng)調(diào)用open( )打開設(shè)備文件，建立起與目標(biāo)設(shè)備的連接。
（3）對設(shè)備的使用類似于對文件的存取。打開設(shè)備文件以后，就可以通過read( )、write( )、ioctl( )等文件操作對目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行操作。
（4）設(shè)備驅(qū)動程序都是系統(tǒng)內(nèi)核的一部分，它們必須為系統(tǒng)內(nèi)核或它們的子系統(tǒng)提供一個標(biāo)準(zhǔn)的 接口。例如，一個終端驅(qū)動程序必須為Linux內(nèi)核提供一個文件I/O接口；一個SCSI設(shè)備驅(qū)動程序應(yīng)該為SCSI子系統(tǒng)提供一個SCSI設(shè)備接口，同 時SCSI子系統(tǒng)也應(yīng)為內(nèi)核提供文件I/O和緩沖區(qū)。
（5）設(shè)備驅(qū)動程序利用一些標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)核服務(wù)，如內(nèi)存分配等。另外，大多數(shù)Linux設(shè)備驅(qū)動程序都可以在需要時裝入內(nèi)核，不需要時可以卸載下來。
處于應(yīng)用層的進(jìn)程通過文件描述字fd與已打開文件的file結(jié)構(gòu)相聯(lián)系。在文件系統(tǒng)層，按照文件系統(tǒng)的操作規(guī)則對該文件進(jìn)行相應(yīng)處理。
對于一般文件(即磁盤文件)，要進(jìn)行空間的映射—從普通文件的邏輯空間映射到設(shè)備的邏輯空間，然后在設(shè)備驅(qū)動層做進(jìn)一步映射—從設(shè)備的邏輯空間映射到物理空間(即設(shè)備的物理地址空間)，進(jìn)而驅(qū)動底層物理設(shè)備工作。
對于設(shè)備文件，則文件的邏輯空間通常就等價于設(shè)備的邏輯空間，然后從設(shè)備的邏輯空間映射到設(shè)備的物理空間，再驅(qū)動底層的物理設(shè)備工作。
2 設(shè)備驅(qū)動程序和內(nèi)核之間的接口
Linux系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動程序之間使用標(biāo)準(zhǔn)的交互接口。無論是字符設(shè)備、塊設(shè)備還是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的驅(qū)動程序，當(dāng)內(nèi)核請求它們提供服務(wù)時，都使用同樣的接口。
Linux提供了一種全新的機制，就是“可安裝模塊”?？砂惭b模塊是可以在系統(tǒng)運行時動態(tài)地 安裝和拆卸的內(nèi)核模塊。利用這個機制，可以根據(jù)需要在不必對內(nèi)核重新編譯連接的條件下，將可安裝模塊動態(tài)插入運行中的內(nèi)核，成為其中一個有機組成部分，或 者從內(nèi)核卸載已安裝的模塊。設(shè)備驅(qū)動程序或與設(shè)備驅(qū)動緊密相關(guān)的部分(如文件系統(tǒng)) 都是利用可安裝模塊實現(xiàn)的。
在應(yīng)用程序界面上，利用內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用來實現(xiàn)可安裝模塊的動態(tài)安裝和拆卸。但通常情況下，用戶是利用系統(tǒng)提供的插入模塊工具和移走模塊工具來裝卸可安裝模塊。插入模塊的工作主要如下：
(1) 打開要安裝的模塊，把它讀到用戶空間。這種“模塊”就是經(jīng)過編譯但尚未連接的.o文件。
(2) 必須把模塊內(nèi)涉及對外訪問的符號(函數(shù)名或變量名)連接到內(nèi)核，即把這些符號在內(nèi)核映像中的地址填入該模塊需要訪問這些符號的指令及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。
(3) 在內(nèi)核創(chuàng)建一個module數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并申請所需的系統(tǒng)空間。
(4) ***，把用戶空間中完成了連接的模塊映像裝入內(nèi)核空間，并在內(nèi)核中“登記”本模塊的有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如file_operations結(jié)構(gòu))，其中有指向執(zhí)行相關(guān)操作函數(shù)的指針。
如前所述，Linux系統(tǒng)是一個動態(tài)的操作系統(tǒng)。用戶根據(jù)工作中的需要，會對系統(tǒng)中設(shè)備重新配置，如安裝新的打印機、卸載老式終端等。這樣，每當(dāng)Linux系統(tǒng)內(nèi)核初啟時，它都要對硬件配置進(jìn)行檢測，很有可能會檢測到不同的物理設(shè)備，就需要不同的驅(qū)動程序。
在構(gòu)建系統(tǒng)內(nèi)核時，可以使用配置腳本將設(shè)備驅(qū)動程序包含在系統(tǒng)內(nèi)核中。在系統(tǒng)啟動時對這些驅(qū)動程序初始化，它們可能未找到所控制的設(shè)備，而另外的設(shè)備驅(qū)動程序可以在需要時作為內(nèi)核模塊裝入到系統(tǒng)內(nèi)核中。
為了適應(yīng)設(shè)備驅(qū)動程序動態(tài)連接的特性，設(shè)備驅(qū)動程序在其初始化時就在系統(tǒng)內(nèi)核中進(jìn)行登記。Linux系統(tǒng)利用設(shè)備驅(qū)動程序的登記表作為內(nèi)核與驅(qū)動程序接口的一部分，這些表中包括指向有關(guān)處理程序的指針和其它信息。
通過本文就全面了解Linux設(shè)備文件管理硬件設(shè)備。
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