Книга: UNIX — универсальная среда программирования

2.7 Файлы устройств

2.7 Файлы устройств

В нашем кратком обзоре мы пропустили каталог /dev по той причине, что файлы в нем дают хорошее общее представление о файлах вообще. Как можно догадаться по его названию, этот каталог содержит файлы устройств ("device" — устройство).

К привлекательным чертам системы UNIX относится форма ее работы с периферийными устройствами: дисками, магнитными лентами, принтерами, терминалами и т.п. Вместо того чтобы иметь специальные системные программы, например программу чтения с магнитной ленты, достаточно создать файл с именем /dev/mt0 (опять-таки местные соглашения могут различаться). В ядре обращения к этому файлу преобразуются в машинные команды обращения к магнитной ленте, как если бы программа читала /dev/mt0, выдавая содержимое магнитной ленты, подключенной к устройству. Например, команда

$ cp /dev/mt0 junk

копирует содержимое магнитной ленты в файл junk. Команда cp не имеет понятия о специфике файла /dev/mt0; для нее он является обычным файлом, т.е. просто последовательностью байтов.

Файлы устройств в чем-то подобны зверинцу, где каждая особь чем-нибудь отличается от остальных, но основные характеристики применимы ко всем. Ниже приведен сокращенный список нашего каталога /dev:

$ ls -l /dev
crw--w--w- 1 root  0,  0 Sep 27 23:09 console
crw-r--r-- 1 root  3,  1 Sep 27 14:37 fcmem
crw-r--r-- 1 root  3,  0 May  6  1981 mem
brw-rw-rw- 1 root  1, 64 Aug 24 17:41 mt0
crw-rw-rw- 1 root  3,  2 Sep 28 02:03 null
crw-rw-rw- 1 root  4, 64 Sep  9 15:42 rmt0
brw-r----- 1 root  2,  0 Sep  8 08:07 rp00
brw-r----- 1 root  2,  1 Sep 27 23:09 rp01
crw-r----- 1 root 13,  0 Apr 12  1983 rrp00
crw-r----- 1 root 13,  1 Jul 28 15:18 rrp01
crw-rw-rw- 1 root  2,  0 Jul  5 08:04 tty
crw--w--w- 1 root  1,  0 Sep 28 02:38 tty0
crw--w--w- 1 root  1,  1 Sep 27 23:09 tty1
crw--w--w- 1 root  1,  2 Sep 27 17:33 tty2
crw--w--w- 1 root  1,  3 Sep 27 18:48 tty3
$

Первое, что здесь бросается в глаза, это то, что вместо количества байтов указывается пара небольших целых чисел, а в первой позиции прав доступа используется 'b' или 'c'. В таком виде команда ls выдает информацию из индексного дескриптора для файла устройств, но не для обычного файла. Обычному файлу предназначен хранимый в индексном дескрипторе список блоков памяти диска, в которых находится содержимое файла. В случае же файла устройств индексный дескриптор содержит внутреннее имя устройства, включающее его тип (символьноес или блочноеb) и пару чисел, называемых верхним и нижним числами устройства. К блочным устройствам относятся диски и магнитные ленты, а все остальное: терминалы, принтеры, линии сетевой связи и т.п. — к символьным. Верхнее число устройства обозначает его тип, а нижнее характеризует различные экземпляры устройств одного типа. Например, /dev/tty0 и /dev/tty1 — это два порта одного контроллера терминала, поэтому они имеют одно и то же верхнее число и различные нижние числа.

Файлы для дисков обычно именуются в соответствии с тем вариантом оборудования, которое представлено в системе. Файлы /dev/rp00 и /dev/rp01 названы так потому, что в системе используются дисковые накопители DEC RP06. Есть только один дисковый накопитель, логически поделенный на две файловые системы. Если бы существовал еще один накопитель, связанные с ним файлы имели бы имена /dev/rp10 и /dev/rp11. Первая цифра обозначает номер накопителя, а вторая показывает, какая его часть используется.

У вас может возникнуть вопрос: почему существует несколько дисковых файлов устройств, а не одно? Исторически так сложилось (и для удобства поддержания), что файловая система была разделена на подсистемы. Файлы в подсистеме доступны через каталог главной системы. Программа /etc/mount показывает соответствие между файлами устройств и каталогами:

$ /etc/mount
rp01 on /usr
$

В нашем случае каталог root находится на /dev/rp00 (хотя команда /etc/mount об этом не сообщает), а файловая система пользователей, т.е. файлы из каталога /usr и вложенных каталогов, находится на /dev/rp01.

Каталог /root должен быть доступен системе для выполнения команд. Каталоги /bin, /dev и /etc всегда находятся в корневом каталоге, поскольку при запуске системы доступны только файлы корневого каталога, а такие, как /bin/sh, необходимы для работы. Во время раскрутки системы все файловые системы проверяются на целостность (см. icheck(8) или fsck(8)) и подключаются к корню иерархии файлов. Эта операция подключения называется присоединением и является программистским эквивалентом операции установки пакета дисков на накопитель; обычно она выполняется только суперпользователем. После присоединения /dev/rp01 в качестве /usr файлы пользователей становятся доступными, как если бы они были частью корневого каталога.

Для обычного пользователя детали операции присоединения подсистемы файлов представляют мало интереса, но здесь есть несколько моментов, относящихся к нашей теме. Во-первых, поскольку подсистемы файлов могут быть присоединены и отсоединены, недопустимо устанавливать связь с файлом из другой подсистемы. Например, нельзя связать программы из общего каталога /bin с какими-то файлами из каталогов /bin пользователей, поскольку /usr находится в иной подсистеме файлов, чем /bin:

$ ln /bin/mail /usr/you/bin/m
ln: Cross-device link
$

Проблема могла возникнуть и потому, что значения индексных дескрипторов иногда совпадают в различных файловых системах.

Далее, каждая подсистема ограничена по размеру (числу доступных блоков для файлов) и числу индексных дескрипторов. Если подсистема заполнена, то невозможно расширять файлы в такой системе, пока не будет добавлено какое-то пространство. Команда df ("disc free space" — свободное пространство диска) выдает сообщение о доступном пространстве в присоединенной подсистеме файлов:

$ df
/dev/rp00 1989
/dev/rp01 21257

В каталоге /usr имеется 21257 свободных блоков. Достаточно ли этого пространства или наступил кризис, зависит от того, как система используется; в одних случаях требуется больше свободного пространства, в других — меньше. Кстати, из всех команд df, вероятно, обеспечивает наибольшее разнообразие в формате вывода. Результат действия вашей команды df может выглядеть совершенно иначе.

Рассмотрим теперь некоторые более общие понятия. При входе в систему вы устанавливаете связь вашего терминала с системой и, значит, получаете в каталоге /dev файл, через который передаются вводимые и принимаемые вами символы. Команда tty сообщает, какой терминал вы используете:

$ whoami
you tty0 Sep 28 01:02
$ tty
/dev/tty0
$ ls -l /dev/tty0
crw--w--w- 1 you 1, 12 Sep 28 02:40 /dev/tty0
$ date >/dev/tty0
Wed Sep 28 02:40:51 EDT 1983
$

Заметьте, что вы владелец устройства и только у вас есть право на чтение с него. Иными словами, никто не может непосредственно читать вводимые вами символы, но выводить на ваш терминал может любой. Во избежание этого можно изменить права доступа к устройству, запретив тем самым другим использовать программу write для прямой записи или просто воспользоваться командой mesg.

$ mesg n Запретим сообщения

$ ls -l /dev/tty0
crw--w---- 1 you 1, 12 Sep 28 02:41 /dev/tty0
$ mesg y Разрешим

$ ls -l /dev/tty0
crw--w--w- 1 you 1, 12 Sep 28 02:42 /dev/tty0
$

Часто бывает удобно использовать имя для ссылки на применяемый терминал, но трудно определить, каково имя вашего терминала. Имя устройства /dev/tty является синонимом имени терминала, с которого вы вошли в систему, с каким бы терминалом вы ни работали на самом деле:

$ date >/dev/tty
Wed Sep 28 02:42:23 EDT 1983
$

Имя /dev/tty особенно полезно, если программе необходимо начать диалог с пользователем, в то время когда ее стандартный входной и выходной потоки связаны с файлами, а не с терминалом. Команда crypt является одной из команд, использующих имя /dev/tty. "Открытый" текст поступает из стандартного входного потока, а зашифрованная информация направляется в стандартный выходной поток, поэтому команда crypt читает ключ для шифрования с /dev/tty:

$ crypt <cleartext >cryptedtext
Enter key: Введите ключ шифрования

$

В данном примере имя /dev/tty используется неявно, но все-таки используется. Если бы команда crypt читала ключ из стандартного входного потока, она бы прочла первую строку из файла cleartext. Вместо этого она открывает файл /dev/tty, отключает автоматическое эхо вводимых символов, чтобы ваш ключ не появился на экране, и читает ключ. В гл. 5 и 6 приводится несколько других примеров использования /dev/tty.

Иногда вы хотите запустить программу, но вам не важен результат ее выполнения. Например, вы могли уже ознакомиться с сегодняшними новостями и не желаете читать их еще раз. Переключение вывода команды news в файл /dev/null приведет к игнорированию выходного потока:

$ news >/dev/null
$

Информация, направляемая в /dev/null, просто пропадает, а программы, читающие из этого файла, сразу получают символ конца файла, поскольку программа чтения всегда возвращает 0 прочитанных байтов.

Обычно файл /dev/null используют, чтобы отказаться от стандартного выходного потока и сделать видимыми диагностические сообщения. Например, команда time(time(1)) сообщает об использованном программой процессорном времени. Результат выдается в стандартный поток диагностики, так что можно хронометрировать команды, производящие преобразование входного потока в выходной, переключая стандартный выходной поток в файл /dev/null:

$ ls -l /usr/diet/words
-r--r--r-- 1 bin 196513 Jan 20 1979 /usr/dict/words
$ time grep e /usr/dict/words/ >/dev/null
real 13.0
user  9.0
sys   2.7
$ time egrep e /usr/dict/words >/dev/null
real  8.0
user  3.9
sys   2.8
$

Команда time выдает прошедшее календарное время, время процессора, затраченное программой, и время процессора, затраченное ядром системы для выполнения запросов программы. Команда egrep — это мощный вариант команды grep, который мы обсудим в гл. 4; она выполняется почти в два раза быстрее команды grep при просмотре больших файлов. Если бы выдача команд egrep или grep не была переключена в /dev/null или текущий файл, пришлось бы ждать, пока сотни тысяч символов "пробегут" на экране, прежде чем появятся нужные нам временные характеристики.

Оглавление книги