В Linux существуют две директории - /dev и /proc, которые
не имеют Windows-аналогов, и их назначение начинающим
пользователям обычно непонятно. Но именно они являются мощными
инструментами для понимания и более эффективного использования
Linux. Эта статья - обзор файловых систем Device (/dev) и
Process (/proc). Здесь обьясняется, что это такое, как они
работают, и как они используются на практике.
/dev: Файловая система устройств.
Устройства: В Linux устройство - это любая вещь (или
программа, эмулирующая эту вещь), которая предоставляет методы
для осуществления ввода/вывода. Например, клавиатура - это
устройство ввода. В Linux большинство устройств представлены,
как файлы в этой файловой системе (сетевые карты -
исключение). Эти специальные файлы хранятся в /dev, и легко
доступны для всех процессов, работающих с устройствами.
Обычно устройства разделяются на 2 категории - символьные
устройства и блочные устройства. Символьные устройства
производят операции ввода-вывода на базе символов. Самый
очевидный пример - это клавиатура, где каждое нажатие кнопки
посылает один символ.
Блочные устройства читают данные большими блоками. Обычно
это - устройства хранения данных, такие, как жесткие диски IDE
(/dev/hd), SCSI (/dev/sd) и CD-ROMы (/dev/cdrom). В операциях
ввода-вывода учавствуют большие массивы данных, что
обеспечивает более эффективную работу.
Наименования устройств: Устройства часто называются
сокращенными названиями вещей, которые они представляют.
Например, /dev/fb представляет Frame Buffer для графики, а
/dev/hd - жесткие диски IDE. Иногда более удобны бывают
символьные ссылки, например - /dev/mouse может ссылаться на
USB, PS2, и т.д.
Иногда может быть несколько одинаковых устройств. Если на
компьютере 2 CD-ROMа, то первый будет называться /dev/cdrom0,
а второй - /dev/cdrom1.
В случае с жесткими дисками наименование становится
сложнее. Имя устройства состоит из типа, позиции и номера
раздела. Например, первый жесткий диск может быть назван
/dev/hda, где "hd" обозначает "диск IDE", а "a" - что это
первый HDD. /dev/hdb будет указыать на второй жесткий диск.
Первый раздел на первом диске будет называться /dev/hda1, где
число 1 - номер раздела. Заметьте, что у некоторых устройств
нумерация может начинаться и с нуля (/dev/cdrom0). Список всех
разделов может выглядеть примерно так:
Жесткие диски SCSI используют /dev/sd вместо /dev/hd, но их
правила наименования ничем не отличаются.
Специальные устройства: Существует несколько
специальных устройств, которые иногда могут быть полезны -
/dev/null, /dev/zero, /dev/full и /dev/random.
Устройство /dev/null физически не существует, но данные,
помещенные туда, просто исчезают и их уже невозможно вернуть
обратно. Во многих случаях программы выводят много лишней
информации. В shell-скриптах /dev/null часто используется,
чтобы не беспокоить пользователя различными ненужными вещами.
В примере, приведенном ниже, в ядро помещается модуль и весь
вывод перенаправляется в /dev/null.
$ modprobe cipher-twofish > /dev/null
/dev/zero выполняет почти те же функции, что и /dev/null.
Это устройство так же используется, чтобы убрать ненужные
данные, но чтение из /dev/zero постоянно дает символы "\0".
(Чтение из /dev/null дает символы "End Of File"). Поэтому
/dev/zero часто используется для создания пустых файлов:
dd if=/dev/zero of=/my-file bs=1k count=100
Эта команда создает файл размером 100 Kb, состоящий только
из нулевых символов.
/dev/full изображает полное устройство. Запись в /dev/full
возвращает ошибку. Это устройство полезно при тестировании
таких ситуаций, когда программа обращается к устройству, не
имеющему свободного места.
$ cp test-file /dev/full cp: writing `/dev/full": No
space left on device $ df -k /dev/full file system 1k-blocks Used
Available Use% Mounted on /dev/full
0
0
0
-
Устройства /dev/random и /dev/urandom генерируют
"случайную" информацию. Хотя вывод из обоих этих устройств
может показаться совершенно случайным, но /dev/random на самом
деле более случайно, чем /dev/urandom. /dev/random генерирует
случайные символы на основе "шума окружающей среды", который
имеет ограниченное количество, поэтому /dev/random работает
медленно, и может иногда останавливаться и ждать поступления
новых данных. /dev/urandom использует те же данные, что и
/dev/random, но если случайные данные заканчиваются,
начинается генерация псевдослучайных чисел. Это делает
/dev/urandom более быстрым, но менее безопасным.
Старая файловая система /dev: В прошлом /dev была
частью нормальной файловой системы и состояла из специальных
файлов, созданных при установке системы и хранящихся на
жестком диске.
Обычно /dev занимала очень много места, чтобы поддерживать
множество жестких дисков, консолей, и т.д. Например, в старой
файловой системе размещались сразу же 11 записей для жестких
дисков - с /dev/hdb1 по /dev/hdb11. И чтобы выяснить, какой из
этих файлов действительно соответствует устройству, нужна была
команда:
Если файл для устройства не присутствовал, его нужно было
создавать специальной программой mknod или MAKEDEV. Хотя
старая модель работала, но она была сложной и неудобной.
DevFS: В ядрах версии 2.4 появилась альтернатива под
названием DevFS. Принцип - файловая система /dev создается
ядром при каждой загрузке и хранится в оперативной памяти.
Если добавляются новые устройства, ядро просто добавляет
запись, соответствующую им, в /dev. Если устройство требует
специальной конфигурации для корректной работы с DevFS, то
существует конфигурационный файл (обычно
/etc/devfsd.conf).
/proc: Файловая система для процессов.
Процессы: В любое время Linux имеет много процессов,
запущенных одновременно. Некоторые процессы доступны
пользователю, а некоторые находятся на заднем плане и
обрабатывают задачи, которые не требуют взаимодействия с
пользователем. Запуск "ps -ef" в консоли выведет список всех
процессов. Это выглядит примерно так:
Многие из задач в списке, выведенном ps - это процессы,
выполняемые на заднем плане. Процессы, заключенные в
квадратные скобки - это процессы на уровне ядра. И только
несколько задач, таких, как процессы KDE и записи в нижней
части списка, взаимодействуют с пользователем.
Чтобы управлять системой, ядро должно следить за каждым
запущенным процессом, включая себя. Так же информация о
запущенных процессах должна быть доступна и для многих
пользовательских приложений, таких, как "ps" и "top". В
файловой системе /proc ядро хранит информацию о процессах.
Как DevFS, /proc хранится в памяти, а не на диске. Если
посмотреть на файл /proc/mounts (который перечисляет все
смонтированные файловые системы), то вы увидите строку:
proc /proc proc rw 0 0
/proc контролируется ядром и не имеет соответствующего
устройства.
Информация о запущенных процессах: Чтобы следить за
процессами, ядро назначает каждому из них номер PID (Process
ID). Запуск команды "ps -ef", как мы уже делали ранее,
напечатает список процессов, отсортированный по номеру PID
(вторая колонка). В /proc хранится информация о каждом
PID.
Многие директории в /proc - это числа, соответствующие
номерам PID. Внутри директорий есть файлы, предоставляющие
важные детали о процессе. Например, в выводе ps (выше) была
строка:
Этот процесс запускает bash, и имеет PID 1219. Директория
/proc/1219 содержит информацию об этом процессе.
$ ls /proc/1219 cmdline cpu cwd environ exe fd maps mem
root stat statm status
Файл "cmdline" содержит команду, данную для запуска этого
процесса. Файл "environ" содержит переменные для процесса.
"status" имеет статусную информацию, включая номер
пользователя (UID) и номер группы (GID) пользователя,
запустившего процесс, номер родительского процесса PPID
(parent process ID), который запустил PID, и текущее состояние
процесса, такое, как "Sleeping" или "Running".
Каждая директория процесса также содержит несколько
символических ссылок. "cwd" - ссылка на текущую рабочую
директорию для этого процесса, "exe" - ссылка на саму
программу, и "root" ссылается на директорию, которую программа
считает корневой (обычно "/"). Директория "fd" содержит список
символических ссылок на описания файлов, используемых
процессом.
Так же в директории есть и другие файлы, предоставляющие
информацию обо всем, начиная от использования процессора и
памяти до количества времени, в течении которого этот процесс
работал. Они описаны в исходниках ядра под "Documentation/file
systems/proc.txt" и в man-странице "man proc".
Информация ядра: Кроме информации о процессах, /proc
содержит много информации, генерируемой ядром для описания
состояния системы.
Ядро и его модули могут генерировать файлы в /proc для
предоставления информации об их состоянии. Например, /proc/fb
предоставляет информацию о доступных устройствах frame buffer
(чаще всего используются для демонстрации логотипа при
загрузке).
$ cat fb 0 VESA VGA
Число 0 - это индекс устройства, соответствующего /dev/fb0.
Если бы имелся второй frame buffer, то имелась бы еще одна
запись, соответствующая /dev/fb1. Вообще, данные в /proc часто
ссылаются на устройства в /dev или дают о них больше
информации.
Много информации об устройствах хранится в /proc. Файл
/proc/pci содержит информацию о почти каждом PCI-устройстве,
обнаруженном в системе. Запуск команды "lspci" выводит похожий
список, потому что в качестве источника информации
используется именно /proc/pci. /proc/bus содержит директории
для различных шинных архитектур (PCI, PCCard, USB), которые в
свою очередь содержат информацию об устройствах, подключенных
к этим шинам. Сетевая информация и статистика хранится в
/proc/net. Информация о жестких дисках хранится в /proc/ide и
/proc/scsi, в зависимости от типа жесткого диска.
/proc/devices перечисляет все устройства, разделенные на
категории "block" и "characters".
$ cat /proc/devices Character devices: 1 mem 2
pty/m%d 3 pty/s%d 4 tts/%d 5 cua/%d 7 vcs 10
misc 14 sound 29 fb 116 alsa 162 raw 180
usb 226 drm 254 pcmcia
Block devices: 1 ramdisk 2 fd 3 ide0 22
ide1
А вообще - в /proc имеется намного больше файлов, чем
описано здесь. Для каждого ядра формат /proc может быть
разным, в зависимости от конфигурации и версии ядра,
установленных устройств, и состояния компьютера. Формат
информации может быть разным, но большинство из этих файлов
документированы в Documentation/file systems/proc.txt.
Взаимодействие с процессами через /proc: Некоторые
файлы из /proc предназначены не только для чтения. Запись в
них может изменять параметры ядра. Чтение файлов из каталога
/proc обычно безопасно, но записывать информацию в эти файлы,
не зная их формата, опасно. Но все равно, иногда запись в
/proc - это единственный способ взаимодействия с ядром.
Например, в последние версии ядра можно встроить
высокопроизводительный Web-сервер, работающий на уровне ядра
системы (khttp). Запуск Web-сервера по умолчанию может быть
небезопасен, и поэтому khttp можно запустить через сообщение,
посылаемое в /proc.
echo 1 > /proc/sys/net/khttpd/start
Когда ядро видит изменение содержимого
/proc/sys/net/khttpd/start с нуля (значение по умолчанию) на
единицу, оно запускает khttpd сервер.Так же в /proc имеется
еще несколько десятков конфигурируемых параметров - некоторые
для настройки оборудования, другие - для управления ядром.
Почти все из них выполняются на низком уровне, и их
неправильное использование может быть небезопасно для
системы.
Заключение: /proc и /dev предоставляют в виде файлов
интерфейсы для взаимодействия с Linux. Они помогают в
определении конфигурации и состояния различных устройств и
процессов системы. Так же они обеспечивают простое
взаимодействие с операционной системой. Понимание и применение
этих двух файловых систем - ключ к эффективной работе в
Linux.
