【转帖】通用线程: 高级文件系统实现者指南

发信人: cone (大象无形), 板面: LinuxApp
标  题: 通用线程: 高级文件系统实现者指南
发信站: 飘渺水云间 (Mon Nov  6 20:03:09 2006), 转信

介绍 devfs

伴随着 Linux 2.4 版本的发行，出现了大量的文件系统可能性，其中包括 ReiserFS
、XFS、GFS 和其它文件系统。这些文件系统听起来的确都很酷，但是它们真正能做
些什么呢，擅长在哪些方面，以及在 Linux 产品环境下如何才能安全地使用它们呢
？Daniel Robbins 通过向您展示如何在 Linux 2.4 的环境下建立这些新的高级文件
系统来回答以上的问题。遵从这个方法，它提供了在实际实现过程中的有价值的建议
、性能信息和重要的技术性注意要点，以便于您在新的文件系统中能有令人愉快的经
历。在本文中：Daniel 解释了使用设备管理文件系统 devfs 的意义和好处，让您对
其有所认识以便在下一篇文章中向您展示如何最佳地在系统上安装 devfs。

设备，到处都是设备
Devfs，也叫设备文件系统（Device Filesystem），设计它的唯一目的就是提供一个
新的（更理性的）方式管理通常位于 /dev 的所有块设备和字符设备。您也许知道，
典型的 /dev 树包含数百个块特殊文件和字符特殊文件，它们全都在根文件系统上。
每个特殊文件都可以让用户空间进程轻松地与内核设备实现交互。举例来说，通过对
这些特殊文件执行操作，您的 X 服务器就能够访问视频硬件， fsck 可以执行文件
系统检验， lpd 可以通过并行端口向打印机发送数据。
实际上，通常 Linux 和 Unix 更“酷”的方面是，设备不是简单地隐藏在晦涩的 API
之后，而是真正地与普通文件、目录和符号链接一样存在于文件系统上。因为字符
和块设备是映射到普通文件系统名称空间的，我们通常可以用有意义的方式来与硬件
交互，可以仅使用标准 Unix 命令，如 cat 和 dd。除了有趣之外，这还使我们有更
强的能力，并提高生产力。
设备管理问题
然而，虽然设备特殊文件本身是一件好事情，但典型的 Linux 系统以一种不太理想
而且麻烦的方式管理这些特殊文件。 如今，Linux 支持 很多不同种类的硬件。这意
味着严格意义上我们中绝大多数在 /dev 中都有数百个特殊文件来表示所有这些设备
。还不止这样，这些特殊文件中大多数甚至不会映射到系统中存在的设备上（但需要
它们存在，只是考虑到我们最终会在系统中添加新的硬件／驱动器），这让事情变得
更令人困惑。
仅从这个方面来看，我们就知道 /dev 需要彻底检修，而创建 devfs 的明确目的就
是让 /dev 变回原形。为了很好地理解 devfs 是怎样解决绝大多数 /dev 管理问题
的，我们从设备驱动程序的角度来看看 devfs。



设备管理内幕

为了很好地理解 devfs ，最好是先理解从设备驱动程序的角度来看 devfs 是怎样改
变事物的。传统地（不使用 devfs），根据是否注册在 块设备或 字符设备，基于内
核的设备驱动程序通过调用 register_blkdev()或 register_chrdev() 向系统的其
余部分注册设备。
您必须提供一个 主设备号（一个无符号 8 位整数）作为 register_blkdev()或
register_chrdev
() 的参数；然后，在设备注册之后，内核就会知道这个特定的主设备号对应于执行
register_--?dev()调用的特定设备驱动程序。
那么，设备驱动程序开发人员为调用 register_--?dev() 提供的主设备号 应该是什
么呢？如果开发人员不打算将设备驱动程序与外界共享，那么什么号码都可以，只要
它与当前内核使用的其它主设备号都不冲突即可。开发人员还可以选择动态地分配
register_--?dev() 调用的设备的主设备号。然而，这样的解决方案通常只是在驱动
程序不会被其它人使用的情况下可行。
获取号码
然而，如果开发人员想让驱动程序与外界共享（大多数 Linux 开发人员常常采用这
一方法），那么仅仅从“真空”中抽一个主设备号或者使用动态的主设备号分配就不
行了。相反，开发人员必须联系 Linux 内核开发人员，这样他（她）的特定的设备
才能分配一个“正式”主设备号。那么，在整个 Linux 世界中，这个特定的设备（
也 只有这个设备）才会被关联到那个特定的主设备号。
有一个“正式的”主设备号很重要，因为要与特定的设备交互，管理员必须在 /dev
创建一个特殊文件。当设备节点（特殊文件）创建后，它使用的主设备号必须同内
核内部使用的完全相同。这样，进程对设备执行操作时，内核就会知道应该引用什么
设备驱动程序。让特殊文件到内核驱动程序的映射成为可能的是主设备号，而不是真
实的设备名称（它和非 devfs 系统无关）。
一旦设备驱动程序具备正式主设备号，设备就可以被公开使用了，设备节点也就可以
开始并入不同分发版的 /dev 树，还有它们的正式 /dev/MAKEDEV 脚本（用来帮助超
级用户用正确的主从设备号、权限和所有权创建设备节点的特殊脚本）中。
传统的问题
不幸的是，这种方法有很多可伸缩性问题。不仅设备驱动程序开发人员联系内核开发
人员来获取正式主设备号是一件讨厌的事，内核开发人员弄清他们怎样分配所有这些
主设备号甚至更加恼人。这种任务在很多方面很象系统管理员跟踪公司局域网静态
IP 地址分配的工作 ? 这并不十分有趣。正如系统管理员可以利用 DHCP 来缓解这
种管理负担，如果设备注册有某种类似的方法就好了。
不只是这样，Linux 还正在耗尽主设备号和副号码。虽然这种问题可以通过简单地扩
展主设备号和副号码使用的位数，首先维护这些主设备号映射就很讨厌了，所以我们
又在考虑有没有更好的方法来处理这些事情。幸运的是，有这样的方法；进入 devfs
。


进入 devfs

devfs_register()
这里是对 devfs 如何一下子处理事情和解决这些问题的一个简单明了的快速纲要。
一旦 devfs 被正确配置（包括在内核添加 devfs 支持和对启动脚本进行一些稍复杂
的更改），超级用户重新启动系统。然后内核开始启动，设备驱动程序开始向系统的
剩余部分注册设备。您会记起在非 devfs 系统上， register_blkdev()和
register_chrdev
() 调用（连同提供的主设备号）正是用于这一目的。然而，现在启用了 devfs，设
备驱动程序是用一种新的、改进了的内核调用来注册设备，称为 devfs_register()
。
这里是 devfs_register() 调用有趣的地方。虽然为了兼容性目的指定主设备号和副
号码作为参数是可能的，但不再需要这样了。相反， devfs_register()调用接受 设
备路径（就是它在 /dev 下可能的出现形式）作为参数。举例来说，假设 foo 设备
驱动程序希望使用 devfs 注册设备。它会提供一个 foo0 的参数给 devfs_register
()，从而告诉内核应该在 devfs 名称空间的根目录创建一个新的 foo0 设备。相应
的， devfs_register() 在 devfs 名称空间的根目录添加 foo0设备节点，并记录这
个新的 foo0 节点应该映射到内核中的 foo设备驱动程序。
运行的 Devfs
一旦所有设备驱动程序启动并向内核注册适当的设备，内核就启动 /sbin/init 和系
统初始化脚本开始执行。在启动过程初期（在文件系统检查前），rc 脚本将 devfs
文件系统安装在 /dev 中，/dev 包含了 devfs 名称空间的表达。这意味着在安装
/dev 后，所有注册的设备（如上面的 /dev/foo0）都可以访问，就象在非 devfs
上一样。当它们被访问时，内核 通过 devfs 设备名称映射到合适的设备驱动程序，
而不是通过主设备号。
这种系统的优点是，所有需要的设备节点（没有别的了）都由内核自动创建。这不仅
仅意味着不再需要 MAKEDEV（因为所有注册的设备都只“出现”在 /dev 中），还意
味着 /dev 不再被成百个“无用的”设备节点所充斥。实际上，使用 devfs，您可以
只要查看 /dev 就知道系统上有什么设备。所以，如果您有一台支持热插拔的膝上型
电脑，这意味着您甚至可以在您从系统中插入和拔出 PC 卡时魔术般地让设备从 /dev
中出现和消失。这让 devfs 成为对以前笨拙局面的一个非常彻底和实用的解决方案
。
devfs 的优点
Devfs 让很多事变得容易许多。请考虑一下创建一张 Linux 可引导光盘的问题，它
包括一个位于 CD 上的引导装载器、一个 initrd、一个内核和一个回送文件系统。
当 CD 引导时，引导装载器装载内核和 initrd，然后内核执行 initrd 上的 /linuxrc
脚本。 /linuxrc 的主要任务是安装 CD，从而使回送文件系统本身也可以被安装和
访问。
没有 devfs， linuxrc 就需要“查看” /dev 中的很多特殊文件，它们可能有也可
能没有表示连接到系统的真实硬件。例如， linuxrc 会需要检测 /dev/hdc、/dev/
scd0、/dev/hdb 和其它的设备以检测“活动的”光盘驱动器设备。在检测进程中，
很可能命中几个“无用的”设备节点。
然而，使用 devfs， linuxrc 只在 /dev/cdroms 中寻找，它包含了系统中所有和
活动的光盘驱动器相关联的特殊文件，不管是 IDE 的还是 SCSI 的。由于这种便捷
的新式 devfs 约定，再不需要猜测了；只有活动的设备才会列出，而且设备检测代
码甚至不必担心底层的光盘驱动器的细节，比如说它使用什么 IDE 通道或者什么 SCSI
ID。实际上，这是 devfs 的另一个主要好处；在我下一篇文章中，我们会看到 devfs
下 /dev 中的设备有全新的缺省位置。
实际上，如果您想访问一个特定的块设备（如磁盘、分区、光盘驱动器等等），事实
上有 几个不同的特殊文件可以引用。例如，我的服务器只有一个 SCSI 光盘驱动器
；如果启用了 devfs，我就可以通过安装 /dev/cdroms/cdrom0 或 /dev/scsi/host0
/bus0/target4/lun0/cd 访问它。两种都引用同一个设备，我可以引用我认为最方便
的特殊文件。如果愿意，我还可以使用一种老式的设备名称（/dev/sr0）访问光盘驱
动器，这都是因为有一个非常便捷的叫 devfsd的小程序。 devfsd 是一个有功能很
多的程序，它负责创建老式的“兼容性”特殊文件，还允许您以很多种方式自定义
/dev。在我的下一篇文章中，我们会详细讨论 devfsd，到时我会一直引导您启动 devfs
并在您自己的系统上运行它。在那之前，请参考下面的参考资料以了解更多关于 devfs
的信息。


参考资料
您可以参阅本文在 developerWorks 全球站点上的 英文原文.

O'Reilly 的 Linux Device Drivers，2nd Edition 通常对那些想大体上学习更多关
于设备注册和 Linux 设备驱动程序编程的人来说，的确是本很好的书和参考资料。


一定要阅读 Richard Gooch（Linux devfs 的创始人）的 Linux Devfs FAQ。它完全
、详细并最新。您还能要求什么？

有一个 devfs 邮件列表可以使用。如果要订阅，请发电子邮件到 [email="majordomo@oss.sgi"]majordomo@oss.sgi[/email]
.com，并在消息正文部分注明 subscribe。Devfs 清单档案可以在 [url="http://oss.sgi"]http://oss.sgi[/url]
.com/projects/devfs/archive/获得。

您可能还想访问 Richard Gooch 的主页；它包含 devfs 和其它一些好东西。

Linux Weekly News 是与最新的内核发展保持同步的很好的参考资料。
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※ 标题修改:?cone 于 Nov  6 20:03:14 修改本文标题?[FROM: cone]
※ 来源:?飘渺水云间 freecity.cn?[FROM: cone]