「/ dev」Linuxファイルはどのように作成されますか？

Linuxには、実際にはファイルではない特別なファイルがあります。

これらの最も注目すべき明確な例は、次のdevような「ファイル」フォルダーにあります。

• /dev/null -ファイルに書き込んだものはすべて無視します
• /dev/random -ファイルの内容の代わりにランダムなデータを出力します
• /dev/tcp -ネットワーク経由でこのファイルに書き込むデータを送信します

まず第一に、これらの種類の「ファイル」の名前は何ですか？実際には何らかのスクリプトまたはバイナリの変装です。

第二に、それらはどのように作成されますか？これらのファイルはカーネルレベルでシステムに組み込まれていますか、それとも自分で「マジックファイル」を作成する方法はありますか（どう/dev/rickrollですか？）。

/dev/zero「特別なファイル」、特に「デバイスノード」の例です。通常、これらはディストリビューションのインストールプロセスによって作成されますが、必要に応じて完全に作成することもできます。

あなたが頼めばlsについて/dev/zero：

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

先頭の「c」は、これが「キャラクターデバイス」であることを示しています。もう1つのタイプは「ブロックデバイス」です（ls「b」と表示されます）。大まかに言って、ハードディスクのようなランダムアクセスデバイスはブロックデバイスである傾向がありますが、テープドライブやサウンドカードのようなシーケンシャルなデバイスはキャラクターデバイスである傾向があります。

「1、5」の部分は「主要なデバイス番号」と「マイナーなデバイス番号」です。

この情報を使用して、mknodコマンドを使用して独自のデバイスノードを作成できます。

# mknod foobar c 1 5

これは、という名前の新しいファイルを作成foobarし、現在のフォルダ内に、正確に同じことを/dev/zero。（もちろん、必要に応じて異なるアクセス許可を設定できます。）この「ファイル」に実際に含まれるのは、デバイスタイプ、メジャー番号、マイナー番号の3つの項目のみです。ls他のデバイスのコードを検索し、それらを再作成するために使用できます。退屈したら、使用rmして、作成したばかりのデバイスノードを削除します。

基本的に、メジャー番号はLinuxカーネルにどのデバイスドライバーと通信するかを示し、マイナー番号はデバイスドライバーにどのデバイスについて話しているかを示します。（たとえば、おそらく1つのSATAコントローラーがありますが、複数のハードディスクが接続されている可能性があります。）

何か新しいことをする新しいデバイスを発明したい場合は、Linuxカーネルのソースコードを編集し、独自のカスタムカーネルをコンパイルする必要があります。そんなことはやめましょう！:-)しかし、あなたはすでにあなたがすでにうまくいったものを複製するデバイスファイルを追加することができます。udevのような自動化されたシステムは、基本的にデバイスイベントを監視し、自動的にmknod/ rmを呼び出します。それ以上の魔法はありません。

他の種類の特別なファイルがまだあります：

• Linuxは、ディレクトリを特別な種類のファイルと見なします。（通常、ディレクトリを直接開くことはできませんが、可能であれば、特別な形式のデータを含む通常のファイルであり、そのディレクトリ内のすべてのファイルの場所をカーネルに指示します。）

• シンボリックリンクは特別なファイルです。（ただし、ハードリンクはそうではありません。）ln -sコマンドを使用してシンボリックリンクを作成できます。（マンページをご覧ください。）

• 「名前付きパイプ」または「FIFO」（先入れ先出しキュー）と呼ばれるものもあります。で作成できますmkfifo。FIFOは、1つの読み取りと1つの書き込みという2つのプログラムで同時に開くことができる魔法のファイルです。これが発生すると、通常のシェルパイプのように機能します。ただし、各プログラムを個別に起動できます...

決して「特別」ではないファイルは、「通常のファイル」と呼ばれます。これについては、Unixのドキュメントで時々言及されます。それが意味するものです。デバイスノードまたはシンボリックリンクなどではないファイル。魔法の特性のない、通常の毎日のファイル。

ほとんどの/devエントリは、ブロックデバイスのiノードまたはキャラクターデバイスのiノードです。ウィキペディアにはそれについて多くの詳細がありますが、これについては繰り返しません。

しかし/dev/tcp、あなたの質問で言及されていることは、既存の答えのいずれによっても説明されていません。他のほとんどのエントリ/dev/tcpと/dev/udpは異なり/devます。ブロックと文字のデバイスは、カーネルで実装されますが、/dev/tcpおよび/dev/udpユーザーモードで実装されています。

bashシェルは、/dev/tcpおよび/dev/udp（からコピーksh93）の実装を持つ1つのプログラムです。bashリダイレクト演算子でパスの下にパスを開こうとすると、通常のopenシステムコールは実行されません。代わりに、bashはTCPソケットを作成し、指定されたポートに接続します。

これは、ユーザーモードで実装され、一部のプログラムでのみ実行されます。次の例では、letting bashとcatopenの試行の違いを示しています。/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

との違いksh93は、bashリダイレクション演算子を使用してこれらのTCP接続のみを実行し、他の場所sourceや.ビルトインなどのファイルを開く場所では実行しないことです。

デバイスノードの他に（で作成した他の回答で説明したのmknod（2）一部または供給devfsの）、Linuxは特別なことで提供される他、「魔法」のファイルがある仮想ファイルシステム内の特定の中を、/proc/（参照（5）PROCを、読んprocfsの）およびin /sys/（sysfsについて読む）。

これらの疑似ファイル（たとえば、stat（2）には -デバイスではなく通常のファイルとして表示されます）は、カーネルによって提供される仮想ビューです。特に、/proc/（たとえば、プログラムでopen（2） -ingを使用して）からの読み取りにはcat /proc/$$/maps、通常、ディスクまたはネットワークからの物理I / Oは含まれないため、非常に高速です。/proc/self/status

いくつかの追加の疑似ファイルを作成/proc/するには、通常、独自のカーネルモジュールを記述してロードする必要があります（たとえば、これを参照）。

これらはデバイスノードと呼ばれ、で手動で作成されるか、でmknod自動的に作成されますudev。これらは通常、カーネル内にドライバーを備えたキャラクターまたはブロックデバイスへのファイルのようなインターフェイスです。たとえば、ディスクはブロックデバイス、ttyおよびシリアルポートなどはキャラクターデバイスです。

名前付きパイプ、FIFO、ソケットなど、他の「特別な」ファイルタイプもあります。

他のユーザーがすでに詳細に説明しているように、特別なファイルにはそれらをバックアップするためのコードが必要です。しかし、Linuxがユーザー空間にそのコードを書くためのいくつかの方法を提供していることについて誰も言及していないようです。

A. FUSE（USErspaceのファイルシステム）を使用すると/proc、カーネルをクラッシュさせずに、Go、Node.js、Perl、PHP、Python、 Ruby、Rustなどの選択した言語/ランタイムで実行できます。など。

また、FUSEファイルシステムは、マウントをsudo行うユーザーとして実行されるため、マウントせずにマウントできるという利点もあります。

FUSEを使用して書いたものの例を次に示します。

• mp3fs（FLACファイルをMP3ファイルとして表示し、MP3プレーヤーにコピー/クリックしてドラッグすると、オンザフライで作成されます）
• PyTagsFS（メタデータタグから構築された仮想フォルダーのツリーでメディアを表示）
• fuse-zip（Zipファイルをフォルダーとしてマウント）
• FuseISO（ルート権限なしでISOをマウント）
• iFUSE（iDeviceのマウント）
• FuseDAV（WebDAV共有のマウント）
• fuse-exfat（exFAT形式のファイルシステムのマウント）
• ntfs-3gを（LinuxのNTFSドライバ）

B.キーボード、マウス、ジョイスティックなどの仮想入力デバイスを作成する場合（たとえば、使用しているUSBデバイス用のユーザースペースドライバーを作成する場合libusb）、uinputがあります。

バインディングは見つけるのが難しいですが、Go（キーボードのみ）、Python、Ruby （2）に存在することは知っています。

実際のuinputの使用例は次のとおりです。

• G15Daemon（Logitech G15ゲーミングキーボードのLCDおよびゲーミングキー用のLinuxドライバー）
• ds4drv（Sony DualShock 4コントローラーのドライバー）
• xboxdrv（代替のXBox 360コントローラードライバーとRunner2のようなひどく設計されたx360ceに相当するLinux ：Future Legend of Rhythm Alienは、実際のXBoxコントローラーと話していないと考えることができる）
• cwiidのような古いWiimoteドライバーは、誰かが最終的にカーネルWiimoteドライバーを作成する前に必要だったため、デフォルトでサポートが利用可能になりました。

C.汎用キャラクターデバイスには、CUSE（USErspaceのキャラクターデバイス）があります。ただし、あまり人気はありません。

私が個人的に知っているCUSE APIの唯一のユーザーは、その作成を促した同じプログラムです。osspdは、ユーザー空間に、、および（OSSオーディオAPI）を実装し/dev/dsp、PulseAudioまたはdmix経由でルーティングできるようにします。/dev/adsp/dev/mixer

私が見つけることができた唯一のCUSEバインディングはcusepyで、2010年以降は更新されていません。

D.新しい特別なファイルはまったく必要ないかもしれません。

たとえば、libusb（ページ上のバインディングのリスト）を使用して任意のUSBデバイスとの生の通信を開き、他のメカニズム（TCP / UDPソケット、stdin / stdoutまたはディスク上の通常ファイルの読み取り/書き込み）を介して他のプログラムと通信できます。など）。

ブックLinuxのデバイスドライバは（強く推奨）これを詳細に説明し、も、あなたは一例としてこれを行い、カーネルモジュールを作成していますが、一言で言えば、各デバイスドライバは、ファイルが開かれたときに呼び出される特定の機能を持っている、閉じました、読み取り、書き込みなど。「特別な」ファイルは、ディスク上のストレージハードウェアにアクセスする代わりに、それらの関数内で何か特別なことを行います。

たとえば、書き込み関数/dev/nullは何もせず、バイトを無視します。の読み取り関数/dev/randomは、乱数を返します。

mount -t devtmpfs

また、最新のシステムで/devは、通常、どこにでもマウントできるファイルシステムタイプであることがわかります。Ubuntu 16.04：

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

これはによって有効にされCONFIG_DEVTMPFS=y、カーネル自体が必要に応じてデバイスファイルを作成および破棄できるようにします。

CONFIG_DEVTMPFS_MOUNT=y

このオプションにより、カーネルはdevtmpfsを自動マウントし/devます。

drivers/base/Kconfig 文書：

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

最後に、独自のキャラクターデバイスカーネルモジュールを作成して、何が起こっているのかを正確に確認する必要があります。

最小限の実行可能な例を次に示します。キャラクターデバイス（またはキャラクタースペシャル）ファイルについて

最も重要なステップは、file_operations構造体を設定することです。例：

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;
}

ファイル関連のシステムコールごとに呼び出される関数ポインタが含まれています。

その後、これらのファイル関連のシステムコールをオーバーライドして、必要な処理を実行することが明らかになるため、カーネルはのようなデバイスを実装します/dev/zero。

/devで自動的にエントリを作成しますmknod

最後の謎は、カーネルが/devエントリを自動的に作成する方法です。

メカニズムは、https：//stackoverflow.com/questions/5970595/how-to-create-a-device-node-from-the-init-module-に示されているように、自分でそれを行うカーネルモジュールを作成することで確認できます。 code-of-a-linux-kernel-module / 45531867＃45531867をdevice_create呼び出します。