มีการสร้างไฟล์“ / dev” Linux อย่างไร

มีไฟล์พิเศษใน Linux ที่ไม่ใช่ไฟล์จริงๆ

ตัวอย่างที่เด่นที่สุดและชัดเจนที่สุดของเหล่านี้อยู่ในdevโฟลเดอร์ "files" ที่ชอบ:

• /dev/null - ละเว้นสิ่งที่คุณเขียนไปยังไฟล์
• /dev/random - ส่งออกข้อมูลแบบสุ่มแทนเนื้อหาของไฟล์
• /dev/tcp - ส่งข้อมูลใด ๆ ที่คุณเขียนไปยังไฟล์นี้ผ่านเครือข่าย

ก่อนอื่นชื่อของไฟล์ "ประเภท" เหล่านี้ที่เป็นประเภทของสคริปต์หรือไบนารีในการปลอมตัวคืออะไร?

ประการที่สองพวกเขาสร้างอย่างไร ไฟล์เหล่านี้สร้างขึ้นในระบบในระดับเคอร์เนลหรือมีวิธีในการสร้าง "ไฟล์มายากล" ด้วยตัวคุณเอง (เป็น/dev/rickrollอย่างไร)

/dev/zeroเป็นตัวอย่างของ "ไฟล์พิเศษ" - โดยเฉพาะ "โหนดอุปกรณ์" ปกติเหล่านี้ได้รับการสร้างขึ้นโดยกระบวนการติดตั้ง distro แต่คุณสามารถทั้งหมดสร้างด้วยตัวเองถ้าคุณต้องการ

หากคุณถามlsเกี่ยวกับ/dev/zero:

# ls -l /dev/zero
crw-rw-rw- 1 root root 1, 5  Nov 5 09:34 /dev/zero

"c" ตอนเริ่มต้นจะบอกคุณว่านี่คือ "อุปกรณ์ตัวอักษร"; อีกประเภทคือ "อุปกรณ์บล็อก" (พิมพ์โดยlsเป็น "b") อุปกรณ์ที่เข้าถึงได้แบบสุ่มเช่น harddisks นั้นมีแนวโน้มที่จะบล็อกอุปกรณ์ในขณะที่สิ่งต่าง ๆ ตามลำดับเช่นเทปไดรฟ์หรือการ์ดเสียงของคุณมักจะเป็นอุปกรณ์ตัวอักษร

ส่วน "1, 5" คือ "หมายเลขอุปกรณ์หลัก" และ "หมายเลขอุปกรณ์รอง"

ด้วยข้อมูลนี้เราสามารถใช้mknodคำสั่งเพื่อสร้างโหนดอุปกรณ์ของเราเอง:

# mknod foobar c 1 5

นี้จะสร้างไฟล์ใหม่ชื่อfoobarในโฟลเดอร์ปัจจุบันซึ่งไม่ว่า/dev/zeroสิ่งเดียวกับ (แน่นอนคุณสามารถตั้งค่าการอนุญาตต่าง ๆ ได้หากคุณต้องการ) "ไฟล์" ทั้งหมดนี้มีอยู่จริงคือรายการทั้งสามด้านบน - ประเภทอุปกรณ์, หมายเลขหลัก, หมายเลขรอง คุณสามารถใช้lsเพื่อค้นหารหัสสำหรับอุปกรณ์อื่น ๆ และสร้างใหม่ได้เช่นกัน เมื่อคุณเบื่อให้ใช้rmเพื่อลบโหนดอุปกรณ์ที่คุณเพิ่งสร้างขึ้น

โดยทั่วไปแล้วหมายเลขหลักจะบอกเคอร์เนลของ Linux ว่าควรจะใช้ไดรเวอร์อุปกรณ์ใดและหมายเลขรองจะบอกถึงไดรเวอร์อุปกรณ์ที่คุณกำลังพูดถึง (เช่นคุณอาจมีคอนโทรลเลอร์ SATA หนึ่งตัว แต่อาจเสียบฮาร์ดิสก์หลายตัวไว้)

หากคุณต้องการประดิษฐ์อุปกรณ์ใหม่ที่ทำสิ่งใหม่ ๆ ได้ดีคุณต้องแก้ไขซอร์สโค้ดสำหรับเคอร์เนล Linux และรวบรวมเคอร์เนลที่คุณกำหนดเอง ดังนั้นอย่าทำอย่างนั้น! :-) แต่คุณสามารถเพิ่มไฟล์อุปกรณ์ที่ซ้ำกับไฟล์ที่คุณมีอยู่แล้วก็ได้ ระบบอัตโนมัติเช่น udev นั้นเป็นเพียงแค่ดูเหตุการณ์อุปกรณ์และโทรmknod/ rmให้คุณโดยอัตโนมัติ ไม่มีอะไรที่วิเศษไปกว่านั้นอีกแล้ว

ยังมีไฟล์พิเศษประเภทอื่น ๆ :

• Linux พิจารณาว่าไดเร็กทอรีเป็นไฟล์ชนิดพิเศษ (โดยปกติคุณไม่สามารถเปิดไดเรกทอรีโดยตรง แต่ถ้าทำได้คุณจะพบว่าเป็นไฟล์ปกติที่มีข้อมูลในรูปแบบพิเศษและบอกเคอร์เนลว่าจะค้นหาไฟล์ทั้งหมดในไดเรกทอรีนั้นได้ที่ใด)

• symlink เป็นไฟล์พิเศษ (แต่ฮาร์ดลิงก์ไม่ใช่) คุณสามารถสร้าง symlink โดยใช้ln -sคำสั่ง (ค้นหา manpage สำหรับมัน)

• นอกจากนี้ยังมีสิ่งที่เรียกว่า "ไปป์ที่มีชื่อ" หรือ "FIFO" (คิวเข้า - ออกก่อน) mkfifoคุณสามารถสร้างเป็นหนึ่งเดียวกับ FIFO เป็นไฟล์วิเศษที่สามารถเปิดได้สองโปรแกรมในคราวเดียว - หนึ่งการอ่านหนึ่งการเขียน เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นจะทำงานเหมือนท่อเปลือกปกติ แต่คุณสามารถเริ่มแต่ละโปรแกรมแยกกัน ...

ไฟล์ที่ไม่ "พิเศษ" ในทางใดทางหนึ่งเรียกว่า "ไฟล์ปกติ" บางครั้งคุณจะเห็นการกล่าวถึงในเอกสาร Unix นั่นคือความหมาย ไฟล์ที่ไม่ใช่โหนดอุปกรณ์หรือ symlink หรืออะไรก็ตาม เป็นเพียงไฟล์ธรรมดาทุกวันที่ไม่มีคุณสมบัติวิเศษ

รายการส่วนใหญ่/devเป็น inode อุปกรณ์บล็อกหรือ inodes อุปกรณ์ตัวละคร Wikipedia มีรายละเอียดมากมายเกี่ยวกับเรื่องนั้นซึ่งฉันจะไม่พูดซ้ำ

แต่/dev/tcpสิ่งที่กล่าวถึงในคำถามของคุณไม่ได้อธิบายโดยคำตอบใด ๆ ที่มีอยู่ /dev/tcpและ/dev/udpแตกต่างจาก/devรายการอื่น ๆ ส่วนใหญ่ เคอร์เนลและอุปกรณ์ตัวละครถูกนำมาใช้โดยเคอร์เนล แต่/dev/tcpและ/dev/udpนำไปใช้ในโหมดผู้ใช้

bash shell เป็นหนึ่งโปรแกรมที่มีการนำไปปฏิบัติ/dev/tcpและ/dev/udp(คัดลอกมาจากksh93) เมื่อคุณพยายามเปิดพา ธ ที่อยู่ด้านล่างด้วยโอเปอเรเตอร์ bash มันจะไม่ทำการopenเรียกระบบธรรมดา ทุบตีแทนจะสร้างซ็อกเก็ต TCP และเชื่อมต่อกับพอร์ตที่ระบุ

ที่นำมาใช้ในโหมดผู้ใช้และในบางโปรแกรมเท่านั้นที่สามารถเห็นได้ในตัวอย่างต่อไปนี้ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความแตกต่างระหว่างการให้bashและcatพยายามที่จะเปิด/dev/tcp/::1/22

$ cat /dev/tcp/::1/22
cat: /dev/tcp/::1/22: No such file or directory
$ cat < /dev/tcp/::1/22
SSH-2.0-OpenSSH_6.6.1p1 Ubuntu-2ubuntu2.3

ข้อแตกต่างksh93คือว่าbashจะทำการเชื่อมต่อ TCP กับตัวดำเนินการเปลี่ยนเส้นทางเท่านั้นไม่ใช่ในที่อื่นซึ่งอาจเปิดไฟล์เช่นsourceหรือสร้าง.ขึ้นภายใน

นอกเหนือจากโหนดอุปกรณ์ที่อธิบายไว้ในคำตอบอื่น ๆ (สร้างด้วยmknod (2)หรือจัดทำโดยdevfsบางตัว), Linux มีไฟล์ "วิเศษ" อื่น ๆ ที่จัดทำโดยระบบไฟล์เสมือนพิเศษโดยเฉพาะใน/proc/(ดูproc (5)อ่านเกี่ยวกับprocfs ) และใน/sys/(อ่านเกี่ยวกับsysfs )

ไฟล์หลอกเหล่านี้ (ซึ่งปรากฏ -eg to stat (2) - เป็นไฟล์ธรรมดาไม่ใช่อุปกรณ์) เป็นมุมมองเสมือนที่ให้โดยเคอร์เนล โดยเฉพาะอย่างยิ่งการอ่านจาก/proc/(เช่นด้วยcat /proc/$$/mapsหรือโดยเปิด (2) -ing /proc/self/statusในโปรแกรมของคุณ) โดยทั่วไปไม่เกี่ยวข้องกับ I / O ทางกายภาพใด ๆ จากดิสก์หรือเครือข่ายจึงค่อนข้างเร็ว

ในการสร้างไฟล์หลอกเพิ่มเติม/proc/คุณควรเขียนโมดูลเคอร์เนลของคุณเองแล้วโหลดมัน (ดูเช่นนี้ )

พวกเขากำลังเรียกว่าโหนดอุปกรณ์และถูกสร้างขึ้นด้วยตนเองด้วยหรือโดยอัตโนมัติmknod udevโดยทั่วไปแล้วจะมีอินเตอร์เฟสคล้ายไฟล์ไปยังอุปกรณ์ตัวอักษรหรือบล็อกที่มีไดรเวอร์ในเคอร์เนล - เช่นดิสก์คืออุปกรณ์บล็อก, ttys และพอร์ตอนุกรม ฯลฯ เป็นอุปกรณ์อักขระ

มีประเภทไฟล์ "พิเศษ" อื่น ๆ เช่นกันรวมถึงไปป์ที่มีชื่อและฟีดและซ็อกเก็ต

เนื่องจากผู้ใช้รายอื่นได้อธิบายรายละเอียดไว้อย่างดีแล้วไฟล์พิเศษจึงจำเป็นต้องมีรหัสในการสำรองข้อมูล อย่างไรก็ตามดูเหมือนว่าไม่มีใครพูดถึงว่า Linux มีหลายวิธีในการเขียนโค้ดนั้นใน userspace:

A. FUSE (ระบบไฟล์ใน USErspace) ช่วยให้คุณสามารถเขียนสิ่งที่ชอบ/procโดยไม่มีความเสี่ยงของการหยุดทำงานของเคอร์เนลและทำในภาษา / รันไทม์ที่คุณเลือกเช่นGo , Node.js , Perl , PHP , Python , Ruby , Rust , เป็นต้น

นอกจากนี้ยังมีข้อได้เปรียบที่ระบบไฟล์ FUSE สามารถติดตั้งได้โดยไม่ต้องsudoทำงานเนื่องจากผู้ใช้ทำการติดตั้ง

นี่คือตัวอย่างของสิ่งที่ผู้คนเขียนโดยใช้ FUSE:

• mp3fs (ดูไฟล์ FLAC ของคุณเป็นไฟล์ MP3 ที่สร้างขึ้นทันทีเมื่อคุณคัดลอก / คลิกแล้วลากไปยังเครื่องเล่น MP3 ของคุณ)
• PyTagsFS (ดูสื่อของคุณในแผนผังโฟลเดอร์เสมือนที่สร้างจากแท็กข้อมูลเมตา)
• fuse-zip (เมานต์ไฟล์ซิปเป็นโฟลเดอร์)
• FuseISO (เมานต์ ISO โดยไม่มีสิทธิ์รูท)
• iFUSE (Mount iDevices)
• FuseDAV (เมานต์ WebDAV หุ้น)
• fuse-exfat (ติดตั้งระบบไฟล์ที่จัดรูปแบบ exFAT)
• NTFS-3G ( ไดรเวอร์ลินุกซ์ NTFS)

B.หากคุณต้องการที่จะสร้างอุปกรณ์ป้อนข้อมูลเสมือนเช่นแป้นพิมพ์เมาส์, จอยสติ๊กและอื่น ๆ (เช่น. การเขียนโปรแกรมควบคุม userspace สำหรับอุปกรณ์ USB ที่คุณกำลังพูดถึงการใช้libusb) มีuinput

ผูกมันยากที่จะหา แต่ฉันรู้ว่าพวกเขามีอยู่สำหรับGo (คีย์บอร์ดเท่านั้น) งูหลามและทับทิม (2)

ตัวอย่างของการใช้ uinput ในโลกแห่งความจริงรวมถึง:

• G15Daemon (ไดรเวอร์ Linux สำหรับ LCD และปุ่มเล่นเกมบน Logitech G15 gaming keyboard)
• ds4drv (ไดรเวอร์สำหรับคอนโทรลเลอร์ Sony DualShock 4)
• xboxdrv (ไดรเวอร์ตัวควบคุม XBox 360 ทางเลือกและ Linux เทียบเท่ากับx360ceเกมที่ออกแบบมาไม่ดีอย่างเช่นRunner2: Future Legend of Rhythm Alienสามารถคิดว่าพวกเขากำลังพูดคุยกับตัวควบคุม XBox จริงเมื่อพวกเขาไม่ได้)
• ไดรเวอร์ Wiimote รุ่นเก่าเช่นcwiidซึ่งจำเป็นต้องใช้ก่อนที่จะมีคนเขียนเคอร์เนลไดรเวอร์ Wiimote ในที่สุดดังนั้นการสนับสนุนจะพร้อมใช้งานตามค่าเริ่มต้น

C.สำหรับอุปกรณ์อักขระทั่วไปจะมีCUSE (อุปกรณ์อักขระใน USErspace) มันเป็นที่นิยมน้อยกว่ามาก

ผู้ใช้เพียงหนึ่งเดียวของ Cuse API ที่ฉันเองตระหนักถึงความเป็นโปรแกรมเดียวกันซึ่งทำให้การสร้าง: osspdซึ่งดำเนิน/dev/dsp, /dev/adspและ/dev/mixer(API ของเสียง OSS) ใน userspace เพื่อให้พวกเขาสามารถส่งผ่าน PulseAudio หรือ dmix

CUSE ผูกพันเดียวที่ฉันหาได้คือcusepyซึ่งยังไม่ได้ปรับปรุงตั้งแต่ปี 2010

D.คุณอาจไม่ต้องการไฟล์พิเศษใหม่เลย

ตัวอย่างเช่นคุณสามารถเปิดการสื่อสารแบบดิบกับอุปกรณ์ USB ใด ๆ โดยใช้libusb (รายการการเชื่อมบนหน้า) จากนั้นสื่อสารกับโปรแกรมอื่นผ่านกลไกอื่น ๆ (ซ็อกเก็ต TCP / UDP การอ่าน / เขียน stdin / stdout หรือไฟล์ปกติบนดิสก์ ฯลฯ )

หนังสือไดรเวอร์อุปกรณ์ Linux (แนะนำอย่างยิ่ง) อธิบายรายละเอียดนี้และแม้กระทั่งคุณได้สร้างโมดูลเคอร์เนลที่ทำสิ่งนี้เป็นตัวอย่าง แต่โดยสรุปแล้วไดรเวอร์อุปกรณ์แต่ละตัวมีฟังก์ชั่นเฉพาะที่เรียกว่าเมื่อเปิดไฟล์ปิด อ่านเขียนและอื่น ๆ ไฟล์ "พิเศษ" เพียงทำสิ่งพิเศษภายในฟังก์ชั่นเหล่านั้นแทนที่จะเข้าถึงฮาร์ดแวร์หน่วยเก็บข้อมูลบนดิสก์

ตัวอย่างเช่นฟังก์ชั่นการเขียน/dev/nullเพียงแค่ไม่ทำอะไรเลยละเว้นไบต์ ฟังก์ชั่นการอ่านสำหรับ/dev/randomส่งคืนตัวเลขสุ่ม

mount -t devtmpfs

นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสนใจที่จะเห็นว่าในระบบที่ทันสมัย/devเป็นปกติประเภทระบบไฟล์ที่สามารถติดตั้งได้ทุกที่ Ubuntu 16.04:

mkdir d
sudo mount -t devtmpfs none d
head -c 10 d/random
sudo umount d

สิ่งนี้เปิดใช้งานโดยCONFIG_DEVTMPFS=yและอนุญาตให้เคอร์เนลสร้างและทำลายไฟล์อุปกรณ์ได้ตามต้องการ

CONFIG_DEVTMPFS_MOUNT=y

ตัวเลือกนี้จะทำให้เมล็ดอัตโนมัติ-mount devtmpfs /devบน

drivers/base/Kconfig เอกสาร:

config DEVTMPFS_MOUNT
    bool "Automount devtmpfs at /dev, after the kernel mounted the rootfs"
    depends on DEVTMPFS
    help
      This will instruct the kernel to automatically mount the
      devtmpfs filesystem at /dev, directly after the kernel has
      mounted the root filesystem. The behavior can be overridden
      with the commandline parameter: devtmpfs.mount=0|1.
      This option does not affect initramfs based booting, here
      the devtmpfs filesystem always needs to be mounted manually
      after the rootfs is mounted.
      With this option enabled, it allows to bring up a system in
      rescue mode with init=/bin/sh, even when the /dev directory
      on the rootfs is completely empty.

file_operations

สุดท้ายคุณควรสร้างโมดูลเคอร์เนลอุปกรณ์อักขระของคุณเองเพื่อดูว่าเกิดอะไรขึ้น

นี่คือตัวอย่างที่เรียกใช้น้อยที่สุด: การทำความเข้าใจกับไฟล์อุปกรณ์อักขระ (หรืออักขระพิเศษ)

ขั้นตอนที่สำคัญที่สุดคือการตั้งค่าโครงสร้างfile_operationsเช่น:

static const struct file_operations fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .read = read,
    .open = open,
};

static int myinit(void)
{
    major = register_chrdev(0, NAME, &fops);
    return 0;
}

ซึ่งมีพอยน์เตอร์ของฟังก์ชันที่เรียกใช้สำหรับการเรียกระบบที่เกี่ยวข้องกับไฟล์แต่ละครั้ง

/dev/zeroมันก็จะกลายเป็นที่ชัดเจนว่าคุณแทนที่ระบบไฟล์ที่เกี่ยวข้องกับผู้ที่เรียกร้องให้ทำสิ่งที่คุณต้องการและดังนั้นนี้เป็นวิธีที่เคอร์เนลใช้อุปกรณ์เช่น

สร้าง/devรายการโดยอัตโนมัติโดยไม่ต้องmknod

ความลึกลับสุดท้ายคือเคอร์เนลสร้าง/devรายการโดยอัตโนมัติอย่างไร

สามารถตรวจสอบกลไกได้โดยสร้างโมดูลเคอร์เนลที่ทำด้วยตัวคุณเองดังที่แสดงไว้ที่: https://stackoverflow.com/questions/5970595/how-to-create-a-device-node-from-the-init-module- https://stackoverflow.com/questions/ code-of-a-linux-kernel-module / 45531867 # 45531867และลงมาที่การdevice_createโทร