42、设备驱动与内核管理全解析

设备驱动与内核管理全解析

在计算机系统中，设备驱动和内核管理是至关重要的部分，它们确保了各种硬件设备能够与操作系统协同工作。本文将深入探讨设备驱动和内核管理的相关知识，包括伪设备、设备文件管理、手动和自动创建设备文件，以及 Linux 和 FreeBSD 系统的设备管理方式。

伪设备的概念

有时候，即使没有实际控制设备，将抽象概念实现为设备驱动也是很方便的。这种虚拟设备被称为伪设备。例如，通过网络登录的用户会被分配一个伪终端（PTY），从高级软件的角度来看，它看起来、感觉起来和操作起来都像一个串口。这种技巧使得在大家都使用物理终端的时代编写的程序，在窗口和网络的世界中仍然能够继续运行。像 /dev/zero 、 /dev/null 和 /dev/urandom 就是其他一些伪设备的例子。

设备文件操作与内核拦截

当程序对设备文件执行操作时，内核会拦截该引用，在表中查找适当的函数名，并将控制权转移到驱动程序的相应部分。对于在文件系统模型中没有直接类比的操作（例如弹出 DVD），程序传统上使用 ioctl 系统调用将消息直接从用户空间传递到驱动程序。标准的 ioctl 请求类型由中央机构注册，类似于互联网号码分配机构（IANA）维护网络协议编号的方式。FreeBSD 继续使用传统的 ioctl 系统，传统的 Linux 设备也使用 ioctl ，但现代网络代码使用 RFC3549 中描述的更灵活的 Netlink 套接字系统。这些套接字提供了比