Для чего нужны файлы устройств?

#linux #c #драйвер

Чтобы использовать символьный драйвер - нам надо создать файл устройста, он же специальный
файл или узел дерева файловой системы. У меня есть два мнения для чего он нужен, скажите,
пожалуйста, какое правильное (если есть такое).

1) Это файл, который служит неким интерфейсом. Например, когда мы пишем такую команду
echo "hello" > /dev/my_driver, то строка "hello" пишется не в сам файл /dev/my_driver,
а в некий буфер, который нам предоставляет ядро. Так-же с функциями open, read и тд.,
они не открывают сам файл, а просто сигнализируют, что надо создать и открыть некий
файл или прочитать данные. 

2) Это обычный файл, в который мы записываем данные и читаем их оттуда же. При той
же команде echo "hello" > /dev/my_driver, строка "hello" запишется непосредственно
в файл /dev/my_driver. 
    

Ответы

Ответ 1

tl;dr

Правильный вариант, скорее, — (1); чтение/запись обрабатывается непосредственно драйвером
устройства, промежуточного буфера может и не быть (хотя обычно он есть в пространстве
ядра).

Что вообще происходит при вызовах open()/read() итд?

При системном вызове open() в массив файловых дескрипторов (current->files->fdt->fd),
связанный со структурой текущего работающего процесса (current), помещается новая запись
(struct fd), которая содержит структуру отождествляемую с открытым файлом (struct file).
При этом в поле данной структуры f_op записывается набор операций, которые можно делать
с данным файлом (struct file_operations). В итоге вызов open() просто возвращает номер
новой выделенной записи в вышеупомянутом массиве.

Вызов read() по сути просто достаёт файловых дескриптор из массива с помощью fdgetpos(),
проверяет права доступа на чтение/запись и вызывает уже заданную связанную с файлом
операцию чтения.

Аналогично работают и все прочие вызовы — write/mmap/ioctl итп.

Так чем же отличается чтение из обычного файла и из файла-устройства?

По сути ни чем: единственное различие в том, что набор операций (struct files_struct)
при открытии берётся не от драйвера файловой системы, а от драйвера устройства. Аналогичным
образом реализованы и файлы в псевдо-файловых-cистемах /proc и /sys.


Ответ 2

Если говорить о файлах устройств (есть ещё и другие псевдофайлы), то отличие их от
обычных ("регулярных") файлов заключается в том, что:


регулярные файлы существуют в физической реальности. После записи байта в такой файл
мы можем найти место в физическом мире, где этот байт лежит.
псевдофайлы (в том числе и файлы устройств) физически не существуют. После записи
байта в файл /dev/ttys0 этот байт не присутствует нигде в реальном мире.


Совершенно аналогичная ситуация с псевдофайлами из каталогов /proc, /sys и т.д. Запись
в эти файлы (при наличии прав доступа) приводит к измению поведения ОС, а вовсе не
к тому, что записанный (якобы) байт где-то сохранился.

Несколько особая ситуация с псевдофайлами устройств дисковых накопителей. Хотя для
/dev/sda1 можно выполнять операции чтения/записи, вот только результат будет довольно
неожиданный, так как операции ввода/вывода будут выполняться не с файлами (расположенными
ВНУТРИ диска), а с блоками, образующими ФС этого диска.

Совершенно особая песня - псевдофайлы сетевых карточек, разделяемой памяти и т.д.
которые используются исключительно для управления этими устройствами, а операции ввода/вывода
выполняются специальными IOCTL командами, образующими систему сокетов.

Короче - это всё сложная и большая тема.