7、UNIX系统中的设备文件与进程管理

UNIX系统中的设备文件与进程管理

1. 设备与特殊设备文件

在计算机系统里，设备是提供特定功能的专用硬件，可位于内部或外部，同一类别的设备会得到平等对待。设备驱动程序负责管理系统与特定设备的交互，它提供必要的接口，在设备能理解的硬件命令和内核之间进行转换，这种系统结构让UNIX在很大程度上实现了硬件独立性。

设备驱动程序是内核的一部分，并非用户进程，但可从内核内部和用户空间访问。用户层面通过特殊设备文件来访问，内核会把对这些特殊文件的操作转换为对驱动代码的调用。特殊设备文件也叫设备特殊文件，它们和普通文件不同，在UNIX范式中有特殊使命。

特殊设备文件通过主设备号和次设备号这两个指针映射到设备，这两个数字存储在特定特殊文件的inode中。主设备号标识特定类别的设备驱动程序（一个驱动程序可用于多个同类型设备），次设备号是指定设备驱动程序内的参数。

每个设备驱动程序都有与设备交互时执行必要功能的例程，像探测、附加、打开、关闭、读取、重置、停止、选择、策略、转储、大小、写入、超时、中断处理和I/O控制（ioctl）等。每个驱动程序这些功能的地址存储在内核的跳转表中，主设备号用于索引跳转表，这通过设备开关表来实现。简单来说，主设备号指向设备开关表中的对应条目，次设备号作为参数传递给设备驱动程序中的相关函数。设备驱动程序可按自身需求解释次设备号，多数情况下将其用作端口号。一旦内核捕获引用，就会在驱动程序的跳转表中查找合适的函数名并转移控制权。对于文件系统模型中无直接对应操作的设备特定操作（如弹出软盘），会使用ioctl系统调用直接向驱动程序传递请求。

以文件方式处理设备是UNIX强大的基本设计元素之一。和文件的所有权、模式、访问权限及保护的成熟解决