9.4 devfs和sysfs

devfs和sysfs它們來了，真的來了，一前一后來的，來得是那么突然，來得是那么悄無聲息。一個(gè)臉色蒼白，蒼白得讓人不寒而栗；一個(gè)眼光深邃，深邃的讓人頓覺謙卑。人們一直在談?wù)撝鼈?#xff0c;據(jù)說先來的已經(jīng)死了，死的很透徹，是被它的門人殺死的，而且居然是后來者收買了它的門人，后來的現(xiàn)在還在收買其他門派的門人，正在覬覦“武林盟主”的地位。所有的事情就這么潛移默化的變化著，輪替著。一切看似那么平靜，平靜得已經(jīng)讓讓很多人開始摩拳擦掌。在這平靜之中不知何時(shí)又要到來一場可怕的血雨腥風(fēng)。

故事是這樣開始的……

9.4.1 devfs的由來

Linux，或者說類UNIX系統(tǒng)最“酷”的地方是，設(shè)備不是簡單地隱藏在晦澀的API之后，而是真正的與普通文件、目錄或符號連接一樣，存在于文件系統(tǒng)之上（還記得我們前面說過的9號計(jì)劃嘛？正是發(fā)源于此）。因?yàn)樽址O(shè)備和塊設(shè)備是映射到普通文件系統(tǒng)名稱空間的，這樣人們就可以通過很簡單的文件讀寫方式與硬件交互。很多時(shí)候僅使用標(biāo)準(zhǔn)的Linux命令，如cat或dd，就足夠了。這些映射設(shè)備的文件被合理的組織在了/dev目錄下。

devfs，也叫設(shè)備文件系統(tǒng)，它的唯一目的就是提供一個(gè)新的，更合理的方式管理那些位于/dev目錄下的所有塊設(shè)備和字符設(shè)備。因?yàn)榈湫偷?/span>Linux系統(tǒng)以一種不太理想，而且麻煩的方式管理這些特殊文件。

時(shí)至今日，Linux支持的硬件種類越來越多，也就意味著在/dev中的文件數(shù)量也越來越多，用數(shù)以萬計(jì)來說的確很夸張，但是要說數(shù)以千計(jì)、數(shù)以百計(jì)是絕對不過份的。只是這還不是問題的根本，最根本的是這些特殊文件是寫死的，而且大多數(shù)根本不會映射到系統(tǒng)中，因?yàn)樵購?fù)雜的服務(wù)器，撐死也就配備幾十個(gè)設(shè)備。顯然是使用99.9%的努力，只是為了解決0.1%的問題。況且誰也不敢保證用戶以后不添置什么設(shè)備，所以這些文件一個(gè)都不能動。

不過devfs誕生之際，情況沒有上面說的那么糟糕。就是因?yàn)?/span>devfs的生辰問題，導(dǎo)致了它日后的結(jié)局，我們祖先發(fā)明的生辰八字有些時(shí)候想想還是蠻有“科學(xué)”道理的。devfs誕生的太早了，它雖然對上面的問題做了一定的處理，但是有些不是很合理，具體我們后面還會說。現(xiàn)在要說的是，它解決了一個(gè)更要命的問題。什么問題呢？設(shè)備號的問題。傳統(tǒng)的Linux設(shè)備驅(qū)動程序，要向系統(tǒng)提供一個(gè)文件映射，需要提供一個(gè)主設(shè)備號，而且這個(gè)主設(shè)備號必須保證唯一。由于歷史原因，早些年內(nèi)存比黃金還貴，這個(gè)主設(shè)備號被設(shè)計(jì)的只有8位，顯然這是稀缺資源啊，在它面前，黃金都只能汗顏了。既然這樣，開發(fā)人員自然不能憑空臆造一個(gè)主設(shè)備號了，只能聯(lián)系Linux內(nèi)核的開發(fā)人員來申請，如果人家正忙著呢，那您就只能等，還不能歇，一歇就麻煩了，因?yàn)榈却暾埖娜硕嗔巳チ恕Ｋ?#xff0c;您就甘心的在那兒耗著吧。直到人家看你是個(gè)虔誠的主兒，偶發(fā)惻隱之心，給您分配了一個(gè)“正式”的主設(shè)備號，您才算萬事大吉收工交差。其實(shí)后面的事情遠(yuǎn)沒有這么簡單，只是那已經(jīng)是歷史，我就不多叨嘮了。至于這種策略的后果是什么，我不說，誰都知道。反正很難想象，早年的Linux用戶真是有夠虔誠，要不然現(xiàn)在還有誰會知道有Linux這個(gè)破玩意兒呢？

不管devfs的命運(yùn)如何，但就僅僅是把這個(gè)濫問題給解決了，就可以稱之為偉大，何況這只是其中的一個(gè)部分呢？

9.4.2 進(jìn)入devfs

devfs是怎么解決這個(gè)濫問題的呢？它給驅(qū)動開發(fā)人員提供了一個(gè)叫devfs_register()的內(nèi)核API，這個(gè)API可以接受一個(gè)設(shè)備名稱作為參數(shù)。調(diào)用成功后，在/dev目錄下就會出現(xiàn)與設(shè)備名相同的文件名。而且devfs_register仍然支持主設(shè)備號的策略，這樣可以保持向下兼容性，降低早期的設(shè)備驅(qū)動程序移植的復(fù)雜性。

一旦所有設(shè)備驅(qū)動程序啟動并向內(nèi)核注冊適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，內(nèi)核就啟動/sbin/init進(jìn)程，系統(tǒng)初始化腳本開始執(zhí)行。在啟動過程初期，rc腳本將devfs文件系統(tǒng)安裝在/dev中，這樣/dev中就包含了devfs所表達(dá)的所有設(shè)備映射關(guān)系，所有注冊的設(shè)備依然可以通過/dev目錄進(jìn)行訪問，用戶應(yīng)用程序不用做任何修改。

這種設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)就是：所有需要的設(shè)備映射關(guān)系都由內(nèi)核自動創(chuàng)建，因此也就不用寫死設(shè)備文件了，那么/dev目錄下就不會充斥著大量的無用的設(shè)備文件了。在實(shí)際應(yīng)用中，只要查看一下devfs，就能夠知道這個(gè)系統(tǒng)上有什么設(shè)備了。

devfs讓一切變得容易了許多。最典型的就是當(dāng)你編寫一個(gè)顯示實(shí)時(shí)系統(tǒng)信息的程序時(shí)，不用做依次輪詢哪些設(shè)備是“活躍的”這樣費(fèi)時(shí)的工作。因?yàn)橹灰x取/dev下得所有信息就可以搞定。即便用戶只想查看某一個(gè)類型設(shè)備的信息，比如光驅(qū)，根據(jù)devfs的約定，只需要讀取/dev/cdroms下的所有文件即可。

在實(shí)際操作中，比如你想訪問一個(gè)特定的塊設(shè)備，還有很多不同的途徑。例如：一個(gè)服務(wù)器上，只有一個(gè)SCSI光驅(qū)；使用devfs后，就可用通過/dev/cdroms/cdrom0訪問；還通過使用/dev/scsi/host0/bus0/target4/lun0/cd訪問它。這兩種都映射了同一個(gè)設(shè)備，你可以選擇一個(gè)你認(rèn)為最方便的途徑。如果你愿意，還可以使用一種老式的設(shè)備名稱/dev/sr0訪問光驅(qū)，這都是因?yàn)橛幸粋€(gè)非常便捷的叫devfsd的小程序在幕后完成的工作。這個(gè)程序雖然小，但是功能很多。它負(fù)責(zé)創(chuàng)建老式的“兼容性”設(shè)備映射文件，允許你一很多方式自定義/dev。

9.4.3 sysfs的由來

sysfs是后來的，收買了devfs的門徒，殺死了devfs，它用的不是錢和刀，是udev。還發(fā)表聲明公開了devfs該殺的四大罪狀。但是馬上就有人不服了：才四大罪狀，好多貪官100條大罪都犯下了，也沒判死刑不是？Linux是一個(gè)崇尚簡單的世界，只要有一條能夠說明你很麻煩，就有理由殺掉你，況四條大罪呼？那么這四條大罪是什么呢？

第一，不確定的設(shè)備映射，有時(shí)一個(gè)設(shè)備映射的設(shè)備文件可能不同，例如我的U盤，可能對應(yīng)sda也可能對應(yīng)sdb。

第二，沒有足夠的主/輔設(shè)備號，當(dāng)設(shè)備過多的時(shí)候，這就是一個(gè)問題。前面說過，雖然devfs已經(jīng)意識到了將來的設(shè)備會很多，但是沒處理好，沒有給主/輔設(shè)備號太多的擴(kuò)展余地。

第三，dev目錄下文件太多而且不能表示當(dāng)前系統(tǒng)上的實(shí)際設(shè)備（這個(gè)罪狀在我看來是有點(diǎn)牽強(qiáng)的，不過欲加之罪嘛）。

第四，命名不夠靈活，不能任意指定。

于是devfs死了，sysfs成為了新的“幫主”。那么sysfs究竟是什么來頭呢？系出名門，出身高貴啊。

最初，當(dāng)人們已經(jīng)開始意識到procfs的復(fù)雜度之后，就開始想將procfs中有關(guān)設(shè)備的部分獨(dú)立出來。最開始采用ramfs（這個(gè)可以看作是RamDisk和tmpfs的中間產(chǎn)品）作為基礎(chǔ)，名曰ddfs，后來發(fā)現(xiàn)driverfs更為貼切。這些都是在2.5版本中內(nèi)核鼓搗的。按照那個(gè)時(shí)候的內(nèi)核版本號的規(guī)則，所有第二位為奇數(shù)的版本都是實(shí)驗(yàn)版，所以2.5這個(gè)內(nèi)核版本對于大眾來說是不多見的。driverfs把實(shí)際連接到系統(tǒng)上的設(shè)備和總線組織成一個(gè)分級的文件，和devfs相同，用戶空間的程序同樣可以利用這些信息以實(shí)現(xiàn)和內(nèi)核的交互（這個(gè)思路來自procfs），該系統(tǒng)是當(dāng)前實(shí)際設(shè)備樹的一個(gè)直觀反映。到了2.6內(nèi)核，也就是2.5的最終成型版本，新設(shè)計(jì)了一個(gè)kobject子系統(tǒng)，它就改變了實(shí)現(xiàn)策略拋棄了ramfs，利用kobject子系統(tǒng)來建立這些信息。當(dāng)一個(gè)kobject被創(chuàng)建的時(shí)候，對應(yīng)的文件和目錄也就被創(chuàng)建了，位于/sys下的相關(guān)目錄下。因此更名為sysfs。因?yàn)楸旧砭驮醋杂?/span>procfs的設(shè)計(jì)思路，因此它所提供的也是用戶空間與系統(tǒng)空間交換信息的接口。用戶空間工具udev就是利用了sysfs提供的信息在用戶空間實(shí)現(xiàn)了與devfs完全相同的功能。既然功能相同，而且是在用戶空間實(shí)現(xiàn)，顯然比在內(nèi)核空間實(shí)現(xiàn)的devfs要簡單的多，安全得多，也會穩(wěn)定的多。devfs被殺，也許這就是它的宿命。

9.4.4 小結(jié)

其實(shí)sysfs和devfs做比拼已經(jīng)沒有實(shí)際的意義了，因?yàn)楝F(xiàn)在顯然已經(jīng)沒有任何爭端了。只是我想展現(xiàn)給大家還是開篇的一個(gè)主題：新的系統(tǒng)并不是只為了做同樣的事情比老的系統(tǒng)快一點(diǎn)，還應(yīng)該允許我們用以前完全不可能的方法來處理事情。

顯然sysfs能夠?qū)崿F(xiàn)全部devfs的功能，而且是在用戶空間完成的。不單單是這樣。當(dāng)一部并不存在的/dev節(jié)點(diǎn)被打開的時(shí)候，devfs會很負(fù)責(zé)的去加載這個(gè)驅(qū)動程序，sysfs卻不會做這種傻事。不過也不能說devfs傻，應(yīng)該說它敬業(yè)，要很負(fù)責(zé)的告訴用戶，這個(gè)設(shè)備不存在，但是它沒有好的機(jī)制去做，只能用笨方法，讓驅(qū)動程序?qū)嶋H去監(jiān)測設(shè)備來報(bào)告這個(gè)結(jié)果。sysfs如果只是做到這些，應(yīng)該還是不能足以收買devfs的門徒的，sysfs還能給內(nèi)核產(chǎn)生的設(shè)備名增加別名，好處就是用戶可以用自己喜歡的名字，顯然對用戶很友好。sysfs真正的徹底解決了devfs遇到的所有問題。

devfs和sysfs的故事講到這里也該結(jié)束了。在如今的Linux發(fā)行版中，你再也找不到devfs的影子了，但是procfs和sysfs還在。sysfs如今大紅大紫，procfs的命運(yùn)如何，還需要你我共同的期待。

轉(zhuǎn)載于:https://blog.51cto.com/jagen/1324370

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的特种文件系统(4)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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