【正文】 文件在生成核心代碼時被編譯和聯(lián)接。 ? 第二種辦法是管理員在系統(tǒng)已經(jīng)運行之后提供一些配置信息，系統(tǒng)動態(tài)地修改內(nèi)部配置表。第三種辦法是自定義設(shè)備允許系統(tǒng)知道哪些設(shè)備被安裝上了，從而填寫自身的配置表。 ? mknod命令被用來建立設(shè)備特殊文件。 mknod命令要求管理員提供文件名，文件類型 (塊設(shè)備或字符設(shè)備 )和主設(shè)備號，次設(shè)備號。例如 : mknod /dev/ttyb C 2 13 ? 創(chuàng)建一個設(shè)備名為 /dev/ttyb的字符終端 (C代表字符設(shè)備文件， b表示塊設(shè)備文件 )，該設(shè)備的主設(shè)備號是 2，次設(shè)備號是 13。在 UNIX系統(tǒng)中，主設(shè)備號指示一種設(shè)備類型，而次設(shè)備號則表示該類設(shè)備的一個單元。 設(shè)備驅(qū)動程序的接口 ? 塊設(shè)備驅(qū)動程序把一個邏輯設(shè)備號和塊號組成的文件系統(tǒng)地址轉(zhuǎn)換成物理設(shè)備上特定的物理塊號，并啟動物理設(shè)備和控制器進行 I/O傳輸工作。驅(qū)動程序有兩個接口，和文件系統(tǒng)的接口以及與硬件的接口。驅(qū)動程序和文件系統(tǒng)的接口是由塊設(shè)備開關(guān)表和字符設(shè)備開關(guān)表描述的。每一種設(shè)備類型在表中有若干表項，這些表項在文件系統(tǒng)的有關(guān)系統(tǒng)調(diào)用被調(diào)用時引導(dǎo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向適當(dāng)?shù)尿?qū)動程序入口。 ? 另外，硬件與驅(qū)動程序的接口是由機器的有關(guān)控制寄存器或操縱設(shè)備的 I/O指令，以及中斷向量組成的。當(dāng)一個設(shè)備控制器發(fā)出中斷請求時，系統(tǒng)識別發(fā)出中斷請求的設(shè)備，并調(diào)用適當(dāng)?shù)闹袛嗵幚沓绦颉? ? 驅(qū)動程序與文件系統(tǒng)和硬件的接口如圖 。 圖 驅(qū)動程序及其接口 ? 塊設(shè)備開關(guān)表和字符設(shè)備開關(guān)表如圖 。 圖 塊設(shè)備和字符設(shè)備開關(guān)表 ? 對于塊設(shè)備開關(guān)表中的驅(qū)動程序，當(dāng)文件系統(tǒng)調(diào)用有關(guān)系統(tǒng)調(diào)用時，系統(tǒng)從文件描述符 fd找到系統(tǒng)打開文件表項 fp以及內(nèi)存 i節(jié)點。從 i節(jié)點信息中，可以檢查文件類型，從 i節(jié)點中抽出主設(shè)備號和次設(shè)備號并使用主設(shè)備號作為索引表項進入開關(guān)表和調(diào)用到適當(dāng)?shù)尿?qū)動程序。 ? 系統(tǒng)調(diào)用 open打開一個對應(yīng)設(shè)備，例如 gdopen打開磁盤驅(qū)動器。該驅(qū)動程序使調(diào)用進程和被打開設(shè)備之間建立聯(lián)系，并初始化其他驅(qū)動程序用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。返回之前當(dāng)然還要檢查打開的合法化，例如不能同時有幾個進程打開同一個打印機設(shè)備進行讀寫操作等。 ? 打開一個設(shè)備相當(dāng)于為一個進程分配一個設(shè)備。顯然，在使用緩沖池的文件系統(tǒng)中，除了剛開始時需要打開磁盤設(shè)備之外，在緩沖區(qū)和磁盤塊之間進行I/O傳輸時不必打開設(shè)備。 ? 系統(tǒng)調(diào)用 close斷開用戶進程與一個設(shè)備的連接。注意，只有當(dāng)沒有其他進程打開此設(shè)備時才可以調(diào)用關(guān)閉過程，否則會引起混亂。 ? 關(guān)閉一個設(shè)備文件相當(dāng)于釋放一個進程所占有的設(shè)備。 ? 緩沖區(qū)和設(shè)備之間的 I/O傳輸是利用策略接口strategy過程完成。 strategy過程打開相應(yīng)的磁盤啟動程序并調(diào)用過程 _start啟動磁盤控制器和利用過程 _addr將磁盤物理塊號轉(zhuǎn)換為物理地址。然后，啟動設(shè)備開始 I/O傳輸并調(diào)用 iowait過程進行睡眠，直到 I/O傳輸完成后再由控制器發(fā)出中斷信號，系統(tǒng)響應(yīng)中斷后由中斷處理程序進行中斷處理并由檢驗程序檢驗該次 I/O傳輸是否正確之后再喚醒睡眠進程并釋放緩沖區(qū)。 ? 設(shè)備與驅(qū)動程序的通信方法依賴于硬件。一般計算機中大都設(shè)置有狀態(tài)控制寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器。在數(shù)據(jù)緩沖寄存器的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢之后，狀態(tài)控制器將會通過總線發(fā)出傳輸完成中斷信號，從而引起系統(tǒng)執(zhí)行一個中斷處理程序。至于執(zhí)行哪一個中斷處理程序，則要根據(jù)發(fā)出中斷的設(shè)備和中斷向量所決定的。一般來說，中斷向量所對應(yīng)的中斷處理程序都是針對一類設(shè)備的，系統(tǒng)在調(diào)用設(shè)備中斷處理程序時必須將設(shè)備號和其他有關(guān)參數(shù)傳遞給它，以便識別引起中斷的特定設(shè)備單元。例如，圖 的中斷向量表的大部分中斷向量都對應(yīng)著多個入口點。當(dāng)某個外設(shè)，例如 tty07發(fā)出中斷之后，系統(tǒng)將利用中斷機構(gòu)傳遞來的參數(shù)確定發(fā)出中斷的次設(shè)備號并調(diào)用 ttyintro過程處理中斷。 圖 外圍設(shè)備和中斷向量 ? 總之，塊設(shè)備驅(qū)動程序必須把由邏輯設(shè)備號和塊號組成的文件邏輯地址翻譯成塊設(shè)備上的特定物理地址，并啟動塊設(shè)備和相應(yīng)的控制器來進行 I/O傳輸工作。在傳輸完成時還要接受中斷信號并完成相應(yīng)的中斷處理。 167。 字符設(shè)備驅(qū)動 ? 字符設(shè)備是指在 I/O傳輸過程中以字符為單位進行傳輸?shù)脑O(shè)備，例如鍵盤、打印機等。在 UNIX系統(tǒng)中，字符設(shè)備以特別字符文件的方式在文件目錄中占據(jù)一個席位并擁有相應(yīng)的內(nèi)存 i節(jié)點。與塊設(shè)備一樣， i節(jié)點中的文件類型指明該 i節(jié)點所說明的是一個字符文件，用戶可以用與塊設(shè)備相同的方式打開，關(guān)閉和讀寫特別字符文件。下面先介紹有關(guān)字符設(shè)備管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，再介紹 UNIX系統(tǒng)字符管理的基本方法。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 字符設(shè)備管理用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要有緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)、緩沖隊列的控制結(jié)構(gòu)、字符設(shè)備開關(guān)表等。字符設(shè)備開關(guān)表主要用來指明字符設(shè)備驅(qū)動程序入口地址。 ? 與塊設(shè)備相似，系統(tǒng)為字符設(shè)備的 I/O傳輸設(shè)置了字符緩沖池。在 UNIX SystemⅤ 中，字符緩沖池由150個緩沖區(qū) cblock組成，其中每個緩沖區(qū)可容納64個字節(jié)。字符緩沖區(qū)由鏈指針，該緩沖區(qū)中第一個字符的位置，該緩沖區(qū)中最后一個字符的位置以及字符區(qū)組成，如圖 。 ? 系統(tǒng)初啟時， 150個緩沖區(qū)都鏈接在空閑緩沖區(qū)隊列 cfreelist上。與塊設(shè)備的緩沖區(qū)管理時不同，系統(tǒng)分配和釋放空閑緩沖區(qū)都在隊首進行。圖 一個空閑緩沖區(qū)隊列的例子。 圖 字符緩沖區(qū)結(jié)構(gòu) ? 分配給各種設(shè)備使用的字符緩沖區(qū)構(gòu)成不同的 I/O緩沖隊列。每個 I/O緩沖隊列由一個稱為 clist的控制結(jié)構(gòu)作為隊首。 clist包括 I/O緩沖隊列中可用字符數(shù)，隊首字符緩沖區(qū)指針，隊尾字符緩沖區(qū)指針三項。 I/O緩沖隊列的例子如圖 。 ? 字符設(shè)備管理程序使用上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行字符設(shè)備的管理。 圖 空閑緩沖區(qū)隊列 圖 I/O字符緩沖隊列的例 對字符緩沖區(qū)隊列的操作 ? 對字符緩沖區(qū)的操作分為對空閑緩沖隊列的操作，對 I/O緩沖隊列的操作。這些操作共有 6種，即 : ? (1) 從空閑緩沖隊列分配一個緩沖區(qū)給驅(qū)動程序。 ? (2) 把一個緩沖區(qū)釋放后放入空閑緩沖隊列。 ? (3) 從 I/O緩沖隊列中提取一個字符，并調(diào)整該 I/O緩沖隊列的字符計數(shù)。 ? (4) 把一個字符放入 I/O緩沖隊列中的最后一個緩沖區(qū)的末尾。 ? (5) 從 I/O緩沖隊列中每次移走一個緩沖區(qū)中的所有字符或 n(n1)個字符。 ? (6) 往 I/O緩沖隊列中每次送一個緩沖區(qū)的字符或n(n1)個字符。 ? 這些操作由 8個過程完成。即 :getcf， putcf， getc，putc， getcb， putcb， getcbp和 putcbp。其中，getcf用來申請一空緩沖區(qū) 。putcf用來釋放一個空緩沖區(qū)。在釋放空緩沖區(qū)時，如果有進程因等待空緩沖而睡眠的話，則喚醒該進程。 getc從 I/O緩沖隊列中的第一個緩沖區(qū)中移走第一個字符， putc則把單個字符送到字符隊列的末尾。 getcb和 putcb分別取出 I/O緩沖隊列中的頭一個字符緩沖區(qū)和往 I/O緩沖隊列的末尾鏈入一個裝有字符的緩沖區(qū)。 getcbp和 putcbp則分別從 I/O緩沖隊列的頭部取出 n個字符以及往 I/O緩沖隊列的末尾寫入 n個字符。圖 圖 I/O緩沖隊列中取走 n個字符前和后的例子。 圖 取 n個字符前的 I/O緩沖隊列 圖 取 n個字符后的 I/O緩沖隊列 終端驅(qū)動程序 ? 1. 行規(guī)則程序 ? 字符設(shè)備類型不同，其設(shè)備驅(qū)動程序也不同。這里以終端驅(qū)動程序為例來描述字符設(shè)備驅(qū)動過程的基本原理。 ? 終端驅(qū)動程序控制終端和進程之間的字符數(shù)據(jù)流動。為了使用戶交互式的使用 UNIX系統(tǒng)，終端驅(qū)動程序包含一個與行規(guī)則程序的內(nèi)部接口。行規(guī)則程序?qū)斎胼敵鰯?shù)據(jù)提供格式變換功能。行規(guī)則程序有兩種工作方式，即標準方式和原始方式。在標準方式下，行規(guī)則程序把在鍵盤上敲入的原始數(shù)據(jù)序列變換成系統(tǒng)可以識別的標準形式。同樣，它把進程輸出的原始數(shù)據(jù)變換成用戶所期望的格式。在原始方式下，行規(guī)則程序不做任何格式變換。 ? 行規(guī)則程序的功能是 : ? (1) 通過分析將輸入字符串變成行。 ? (2) 處理刪除鍵，以便用戶能夠從邏輯上部分地刪除敲入的字符序列。 ? (3) 處理刪除行的字符，從而使得在當(dāng)前行上敲入的所有字符無效。 ? (4) 處理輸出字符格式，例如把表格和空格符號變?yōu)榭崭褡址蛄小? ? (5) 把輸入的字符回送到顯示屏上。 ? (6) 為終端掛起，斷線或響應(yīng)用戶敲入的 delete鍵向進程發(fā)軟中斷信號。 ? (7) 允許不做格式變換的原始方式。 ? 行規(guī)則程序把數(shù)據(jù)按行 (直到一個回車符為止 )緩沖起來，并按標準方式或原始方式傳輸數(shù)據(jù)。 ? 2. 標準方式下的終端驅(qū)動程序 ? 與終端驅(qū)動程序?qū)?yīng)的 I/O緩沖隊列有三個：一個用來存放輸出數(shù)據(jù)；一個用來存放原始輸入數(shù)據(jù)，這是由終端中斷處理程序放入的；一個用來存放已加工的輸入數(shù)據(jù)，這是經(jīng)過行加工程序處理過的輸入數(shù)據(jù)。 ? 標準方式下的終端驅(qū)動程序分為讀 /寫部分和輸入 /輸出處理部分。與之相對應(yīng)，字符設(shè)備開關(guān)表中所確定的過程分別為 ttwrite， ttread， ttopen， ttclose和 ttioctl。 ? 當(dāng)進程向一個終端寫數(shù)據(jù)時，由字符設(shè)備開關(guān)表調(diào)用 ttwrite過程，從而由 ttwrite過程調(diào)用行規(guī)則程序來完成寫操作。首先，行規(guī)則程序從用戶地址空間把欲輸出的數(shù)據(jù)放入輸出緩沖隊列，并對其進行加工處理。當(dāng)輸出緩沖隊列中的字符數(shù)大于某個上限，例如 100時，則啟動外設(shè)并將數(shù)據(jù)送到終端，并使寫進程睡眠。當(dāng)輸出緩沖隊列中的字符數(shù)小于某個下限，例如 0時，則喚醒有關(guān)睡眠進程繼續(xù)寫操作。過程 ttwrite可描述如下 : ttwrite : begin repeat 把用戶空間數(shù)據(jù)復(fù)制到輸出緩沖隊列 行規(guī)則處理 if 輸出緩沖隊列中的字符長度大于上限值 then 啟動外設(shè)和控制器輸出數(shù)據(jù) fi until 待寫數(shù)據(jù)全部輸出完畢 end ? 在標準方式下從終端讀數(shù)據(jù)是一個較復(fù)雜的操作。它把原始輸入緩沖隊列加工成標準輸入緩沖隊列之后再送到用戶區(qū)。一般來說，進程想要讀的字節(jié)數(shù)是系統(tǒng)調(diào)用 read規(guī)定的，不過，行規(guī)則程序在收到回車符之后就結(jié)束繼續(xù)讀的字符。這是因為行規(guī)則程序無法知道用戶準備敲入多少個字符。 ? 對于終端讀過程 ttread來說，如果當(dāng)前在任一原始輸入緩沖隊列中都沒有數(shù)據(jù)，則讀進程睡眠。當(dāng)數(shù)據(jù)被輸入時，終端中斷處理程序把數(shù)據(jù)放入原始輸入緩沖隊列的同時，把數(shù)據(jù)放入輸出緩沖隊列以便回波到顯示器。當(dāng)輸入字符串中含有一個回車符時，中斷處理程序喚醒所有睡眠的讀進程。當(dāng)一個讀進程執(zhí)行時， ttread調(diào)用行規(guī)則程序從原始輸入緩沖隊列中移出字符，并進行加工后將其放入標準輸入緩沖隊列。同時，也將輸出緩沖隊列中的字符回波到顯示器上。然后，它把字符復(fù)制到用戶地址空間，直到收到了回車符或達到了系統(tǒng)調(diào)用 read中所給定的計數(shù)值。 ttread過程可描述如下 : ttread : begin repeat if 標準輸入緩沖隊列中有字符且欲讀字節(jié)數(shù)未滿足 then 把標準輸入緩沖隊列中字符復(fù)制到用戶區(qū) else if 標準輸入緩沖隊列中無字符 then while 原始輸入緩沖隊列無字符 do 等待數(shù)據(jù)輸入和回車符 od repeat 調(diào)用行規(guī)則程序?qū)⒃驾斎刖彌_隊列中字符處理加工后移至標準輸入緩沖隊列與輸出緩沖隊列 until 處理到回車符 fi fi until 收到回車符或達到了指定的計數(shù)值 end ? 驅(qū)動程序 ttopen用來打開終端機并建立終端機與終端進程之間的對應(yīng)關(guān)系。而 ttclose則關(guān)閉終端機。另外， ioctl則用來控制緩沖區(qū)的分配與釋放以及調(diào)整輸入緩沖隊列等。 本 章 小 結(jié) ? 本章介紹了 UNIX中三個緊密聯(lián)系又相互獨立的部分，文件系統(tǒng)、中斷和陷阱總控以及設(shè)備管理。 ? 首先，從文件的組織結(jié)構(gòu)出發(fā)，介紹了設(shè)備在UNIX系統(tǒng)中作為特殊文件存在的特點。然后介紹了 UNIX System Ⅴ 的磁盤塊分配與回收算法、存放文件說明信息的 i節(jié)點的分配與釋放算法。再者介紹了用戶進程怎樣通過用戶打開文件表和系統(tǒng)打開文件表與文件系統(tǒng)聯(lián)接起來，從而對文件系統(tǒng)進行存取操作。在對文件進行操作時，系統(tǒng)必須通過給定的路徑名搜索到所要操作文件所對應(yīng)的內(nèi)存 i節(jié)點，還介紹了該搜索算法 namei。文件系統(tǒng)與用戶的接口是系統(tǒng)調(diào)用。用戶可以利用各種系統(tǒng)調(diào)用來使用文件系統(tǒng)所提供的各種功