Linux就是这个范儿——9.4　devfs和sysfs

devfs和sysfs它们来了，真的来了，一前一后来的，来得是那么突然，来得是那么悄无声息。一个脸色苍白，苍白得让人不寒而栗；一个目光深邃，深邃得让人顿觉谦卑。人们一直在谈论着它们，据说先来的已经死了，死得很透彻，是被它的门人杀死的，而且居然是后来者收买了它的门人，后来的现在还在收买其他门派的门人，正在觊觎“武林盟主”的地位。所有的事情就这么潜移默化地变化着，轮替着。一切看似那么平静，平静得已经让很多人开始摩拳擦掌。在这平静之中不知何时又要到来一场可怕的血雨腥风。 故事是这样开始的…… 9.4.1　devfs的由来 Linux，或者说类UNIX系统最“酷”的地方是，设备不是简单地隐藏在晦涩的API之后，而是真正的与普通文件、目录或符号连接一样，存在于文件系统之上（还记得我们前面说过的9号计划嘛？正是发源于此）。因为字符设备和块设备是映射到普通文件系统名称空间的，这样人们就可以通过很简单的文件读写方式与硬件交互。很多时候仅使用标准的Linux命令，如cat或dd，就足够了。这些映射设备的文件被合理的组织在了/dev目录下。 devfs，也叫设备文件系统，它的唯一目的就是提供一个新的，更合理的方式管理那些位于/dev目录下的所有块设备和字符设备。因为典型的Linux系统是以一种不太理想，而且麻烦的方式管理这些特殊文件的。 时至今日，Linux支持的硬件种类越来越多，也就意味着在/dev中的文件数量也越来越多，用数以万计来说的确很夸张，但是要说数以千计、数以百计是绝对不过份的。只是这还不是问题的根本，最根本的是这些特殊文件是写死的，而且大多数根本不会映射到系统中，因为再复杂的服务器，撑死也就配备几十个设备。显然是使用99.9%的努力，只是为了解决0.1%的问题。况且谁也不敢保证用户以后不添置什么设备，所以这些文件一个都不能动。 不过devfs诞生之际，情况没有上面说的那么糟糕。就是因为devfs的生辰问题，导致了它日后的结局，我们祖先发明的生辰八字有些时候想想还是蛮有“科学”道理的。devfs诞生得太早了，它虽然对上面的问题做了一定的处理，但是有些不是很合理，具体我们后面还会说。现在要说的是，它解决了一个更要命的问题。什么问题呢？设备号的问题。传统的Linux设备驱动程序，要向系统提供一个文件映射，需要提供一个主设备号，而且这个主设备号必须保证唯一。由于历史原因，早些年内存比黄金还贵，这个主设备号被设计的只有8位，显然这是稀缺资源啊，在它面前，黄金都只能汗颜了。既然这样，开发人员自然不能凭空臆造一个主设备号了，只能联系Linux内核的开发人员来申请，如果人家正忙着呢，那您就只能等，还不能歇，一歇就麻烦了，因为等待申请的人多了去了。所以，您就甘心地在那儿耗着吧。直到人家看你是个虔诚的主儿，偶发恻隐之心，给您分配了一个“正式”的主设备号，您才算万事大吉收工交差。其实后面的事情远没有这么简单，只是那已经是历史，我就不多叨唠了。至于这种策略的后果是什么，我不说，谁都知道。反正很难想象，早年的Linux用户真是有够虔诚，要不然现在还有谁会知道有Linux这个玩意儿呢？ 不管devfs的命运如何，但就仅仅是把这个滥问题给解决了，就可以称之为伟大，何况这只是其中的一个部分呢？ 9.4.2　进入devfs devfs是怎么解决这个滥问题的呢？它给驱动开发人员提供了一个叫devfs_register()的内核API，这个API可以接受一个设备名称作为参数。调用成功后，在/dev目录下就会出现与设备名相同的文件名。而且devfs_register仍然支持主设备号的策略，这样可以保持向下兼容性，降低早期的设备驱动程序移植的复杂性。 一旦所有设备驱动程序启动并向内核注册适当的设备，内核就启动/sbin/init进程，系统初始化脚本开始执行。在启动过程初期，rc脚本将devfs文件系统安装在/dev中，这样/dev中就包含了devfs所表达的所有设备映射关系，所有注册的设备依然可以通过/dev目录进行访问，用户应用程序不用做任何修改。 这种设计的最大优点就是：所有需要的设备映射关系都由内核自动创建，因此也就不用写死设备文件了，那么/dev目录下就不会充斥着大量的无用的设备文件了。在实际应用中，只要查看一下devfs，就能够知道这个系统上有什么设备了。 devfs让一切变得容易了许多。最典型的就是当你编写一个显示实时系统信息的程序时，不用做依次轮询哪些设备是“活跃的”这样费时的工作。因为只要读取/dev下的所有信息就可以搞定。即便用户只想查看某一个类型设备的信息，比如光驱，根据devfs的约定，只需要读取/dev/cdroms下的所有文件即可。 在实际操作中，比如你想访问一个特定的块设备，还有很多不同的途径。例如：一个服务器上，只有一个SCSI光驱；使用devfs后，就可用通过/dev/cdroms/cdrom0访问；还通过使用/dev/scsi/host0/bus0/target4/lun0/cd访问它。这两种都映射了同一个设备，你可以选择一个你认为最方便的途径。如果你愿意，还可以使用一种老式的设备名称/dev/sr0访问光驱，这都是因为有一个非常便捷的叫devfsd的小程序在幕后完成的工作。这个程序虽然小，但是功能很多。它负责创建老式的“兼容性”设备映射文件，允许你以很多方式自定义/dev。 9.4.3　sysfs的由来 sysfs是后来的，收买了devfs的门徒，杀死了devfs，它用的不是钱和刀，是udev。还发表声明公开了devfs该杀的四大罪状。但是马上就有人不服了：才四大罪状，好多贪官100条大罪都犯下了，也没判死刑不是？Linux是一个崇尚简单的世界，只要有一条能够说明你很麻烦，就有理由杀掉你，况四条大罪呼？那么这四条大罪是什么呢？ 第一，不确定的设备映射，有时一个设备映射的设备文件可能不同，例如我的U盘，可能对应sda也可能对应sdb。 第二，没有足够的主/辅设备号，当设备过多的时候，这就是一个问题。前面说过，虽然devfs已经意识到了将来的设备会很多，但是没处理好，没有给主/辅设备号太多的扩展余地。 第三，dev目录下文件太多而且不能表示当前系统上的实际设备（这个罪状在我看来是有点牵强的，不过欲加之罪嘛）。 第四，命名不够灵活，不能任意指定。 于是devfs死了，sysfs成为了新的“帮主”。那么sysfs究竟是什么来头呢？系出名门，出身高贵啊。 最初，当人们已经开始意识到procfs的复杂度之后，就开始想将procfs中有关设备的部分独立出来。最开始采用ramfs（这个可以看作是RamDisk和tmpfs的中间产品）作为基础，名曰ddfs，后来发现driverfs更为贴切。这些都是在2.5版本中内核鼓捣的。按照那个时候的内核版本号的规则，所有第二位为奇数的版本都是实验版，所以2.5这个内核版本对于大众来说是不多见的。driverfs把实际连接到系统上的设备和总线组织成一个分级的文件，和devfs相同，用户空间的程序同样可以利用这些信息以实现和内核的交互（这个思路来自procfs），该系统是当前实际设备树的一个直观反映。到了2.6内核，也就是2.5的最终成型版本，新设计了一个kobject子系统，它就改变了实现策略抛弃了ramfs，利用kobject子系统来建立这些信息。当一个kobject被创建的时候，对应的文件和目录也就被创建了，位于/sys下的相关目录下。因此更名为sysfs。因为本身就源自于procfs的设计思路，因此它所提供的也是用户空间与系统空间交换信息的接口。用户空间工具udev就是利用了sysfs提供的信息在用户空间实现了与devfs完全相同的功能。既然功能相同，而且是在用户空间实现，显然比在内核空间实现的devfs要简单得多，安全得多，也会稳定得多。devfs被杀，也许这就是它的宿命。 9.4.4　小结 其实拿sysfs和devfs做比拼已经没有实际的意义了，因为现在显然已经没有任何争端了。只是我想展现给大家的还是开篇的一个主题：新的系统并不是只为了做同样的事情比老的系统快一点，还应该允许我们用以前完全不可能的方法来处理事情。 显然sysfs能够实现全部devfs的功能，而且是在用户空间完成的。不单单是这样，当一个并不存在的/dev节点被打开的时候，devfs会很负责地去加载这个驱动程序，sysfs却不会做这种傻事。不过也不能说devfs傻，应该说它敬业，想要很负责地告诉用户，这个设备不存在，但是它没有好的机制去做，只能用笨方法，让驱动程序实际去监测设备来报告这个结果。sysfs如果只是做到这些，应该还是不足以收买devfs的门徒的，sysfs还能给内核产生的设备名增加别名，好处就是用户可以用自己喜欢的名字，显然对用户很友好。sysfs真正地彻底解决了devfs遇到的所有问题。 devfs和sysfs的故事讲到这里也该结束了。在如今的Linux发行版中，你再也找不到devfs的影子了，但是procfs和sysfs还在。sysfs如今大红大紫，procfs的命运如何，还需要你我共同的期待。