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从硬件角度理解“Linux下一切皆文件“,详解用户级缓冲区

星夢妙者

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发布时间:2025-07-08 12:10:41

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来源于php中文网

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前言

"Linux下一切皆文件",这是Linux的一个基本设置理念同时也是Linux的设计哲学所在。

这篇博客,笔者首先总结一下我自学习Linux以来,到目前自己对“Linux下一切皆文件”的感悟和理解,其次再讨论Linux中的缓冲区机制。


提示:以下是本篇文章正文内容,下面案例可供参考

一、从硬件角度理解"Linux下一切皆文件"

首先需要再次明确Linux操作系统的主要目的或者作用:

对上,方便用户使用——为用户提供稳定的、高效的、安全的使用环境。

对下,管理好计算机繁杂的软硬件资源;

从硬件角度理解“Linux下一切皆文件“,详解用户级缓冲区

其次需要明确的是文件无外乎由两部分构成:内容和属性

内容决定文件“是什么”(数据含义)。

属性决定文件的“如何用”(权限、存储、类型)。

比如一个普通文件:

他的内容是文本、二进制数据;

他的属性是文件名、权限、大小、时间戳等。

我们可以通过write、read等修改文件内容,也可以用chmod函数修改文件的权限等属性。

初识Linux:常见指令介绍,文件权限的更改,以及粘滞位的理解-CSDN博客

从硬件角度理解“Linux下一切皆文件“,详解用户级缓冲区

那么思维发散一下,我们能否将这些硬件的自身状态、操作方法抽象为“内容+属性”,并用统一的接口修改这些硬件呢?

已知的是Linux似乎正是将系统资源(如硬件设备等)抽象为文件,提供统一的文件操作接口(open, read, write, close等)。使得无论操作对象是普通文件、目录、设备,用户都可以通过相同的文件系统与之交互。

从理解硬件是种“文件”到其他系统资源的抽象

对于计算机上诸多的硬件资源,我目前认为操作系统通过:先整理,再管理的方法管理这些硬件。

所谓先整理,在管理。这是笔者从进程PCB的创建受到的启发。OS为方便管理不同的进程会为其创建PCB,其中包含着进程的所有属性信息,那管理硬件是不是也可以通过创建某种数据结构来实现管理呢?

①假设OS为方便管理各种硬件资源会为其创建某种数据结构——这里想象成某种结构体struct file,该结构体中记录着该硬件的各种属性信息和行为函数——即IO操作。

从硬件角度理解“Linux下一切皆文件“,详解用户级缓冲区

②通过对冯诺依曼体系结构的抽象,将计算机抽象为存储器和其他。这个其他中包括cpu和各种硬件设备,这么划分的原因是这些硬件都要与内存进行IO操作。我们不妨暂将所有硬件的IO操作抽象为两个函数read( )和write( )。

通过上述两点,创建一个struct file结构体,其中有着各硬件的状态信息和函数行为:

代码语言:javascript代码运行次数:0运行复制
struct file{    //内容    int type;    int status;    ……        //属性    int (*write)();//函数指针    int (*read)();    ……}

那么将每个硬件file实例化(与多态有些相似),再通过一个数据结构如链表将这些硬件的struct对象管理起来,如链表。

综上,当站在上层视角来看,这些硬件都是一种统一的数据,其中有着“内容+属性”,这不就是一种抽象的“文件”吗。这些个文件提供统一的文件操作接口(write、read、open、close等),无论操作对象是键盘、鼠标还是其他什么硬件,用户都可以通过相同的接口与之交互。

从硬件角度理解“Linux下一切皆文件“,详解用户级缓冲区

将上述思想和方法发散到其他系统资源,同样通过“先整理,再管理”的思想,这或许是理解“Linux下一切皆文件”的思路之一吧。

问:磁盘等硬件有输入输出好理解,那如显示器等硬件不是只有输入或者只有输出吗?

答:虽然如显示器等设备没有输入操作,我们只需将其struct内部的函数指针置为NULL即可。

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