En los sistemas operativos tipo Unix , un archivo de dispositivo , nodo de dispositivo o archivo especial es una interfaz para un controlador de dispositivo que aparece en un sistema de archivos como si fuera un archivo ordinario . También existen archivos especiales en DOS , OS/2 y Windows . Estos archivos especiales permiten que un programa de aplicación interactúe con un dispositivo mediante su controlador a través de llamadas al sistema estándar de entrada/salida . El uso de llamadas al sistema estándar simplifica muchas tareas de programación y proporciona mecanismos de E/S consistentes en el espacio de usuario, independientemente de las características y funciones del dispositivo.
Descripción general
Los archivos de dispositivo suelen proporcionar interfaces sencillas para dispositivos estándar (como impresoras y puertos serie), pero también pueden utilizarse para acceder a recursos específicos y únicos de dichos dispositivos, como particiones de disco . Además, los archivos de dispositivo son útiles para acceder a recursos del sistema que no tienen conexión con ningún dispositivo real, como sumideros de datos y generadores de números aleatorios .
En los sistemas operativos tipo Unix, existen dos tipos generales de archivos de dispositivo: los archivos especiales de caracteres y los archivos especiales de bloques . La diferencia entre ellos radica en la cantidad de datos que el sistema operativo y el hardware leen y escriben. En conjunto, se les denomina archivos especiales de dispositivo , a diferencia de las tuberías con nombre , que no están conectadas a un dispositivo, pero tampoco son archivos ordinarios.
MS-DOS tomó prestado el concepto de archivos especiales de Unix, pero los renombró como dispositivos . [ 1 ] Debido a que las primeras versiones de MS-DOS no admitían una jerarquía de directorios , los dispositivos se distinguían de los archivos regulares al convertir sus nombres en palabras reservadas que no podían usarse como nombres de carpetas o archivos; por ejemplo: la palabra CONes una palabra reservada. Estas se eligieron para lograr cierto grado de compatibilidad con CP/M y aún se mantienen en Windows moderno para garantizar la retrocompatibilidad. Los nombres no distinguen entre mayúsculas y minúsculas, por lo que "con", "Con" y "CON" son nombres inválidos.
En Windows XP , al escribir "Con" en el comando Ejecutar, aparece el mensaje de error "Este archivo no tiene un programa asociado para realizar esta acción. Cree una asociación en el panel de control Opciones de carpeta". Al intentar cambiar el nombre de cualquier archivo o carpeta usando un nombre reservado, el archivo o carpeta vuelve silenciosamente a su nombre anterior (o "Nueva carpeta", "Nuevo documento de texto", etc.), sin ninguna notificación ni mensaje de error. [ 2 ] En Windows Vista y versiones posteriores, al intentar usar un nombre reservado para un archivo o carpeta, aparece un mensaje de error que dice "El nombre de dispositivo especificado no es válido". [ 2 ]
En algunos sistemas tipo Unix, la mayoría de los archivos de dispositivo se gestionan como parte de un sistema de archivos virtual montado tradicionalmente en /dev, posiblemente asociado con un demonio de control, que supervisa la adición y eliminación de hardware en tiempo de ejecución, realizando los cambios correspondientes en el sistema de archivos del dispositivo si eso no lo hace automáticamente el kernel, y posiblemente invocando scripts en el espacio del sistema o del usuario para manejar necesidades especiales del dispositivo. FreeBSD , DragonFly BSD y Darwin tienen un sistema de archivos dedicado devfs ; los nodos de dispositivo son gestionados automáticamente por este sistema de archivos, en el espacio del kernel . Linux solía tener una implementación de devfs similar , pero fue abandonada más tarde y luego eliminada desde la versión 2.6.17; [ 3 ] Linux ahora usa principalmente una implementación en el espacio del usuario conocida como udev , pero hay muchas variantes.
En los sistemas Unix que admiten el aislamiento de procesos chroot , como Solaris Containers , normalmente cada entorno chroot necesita su propio /dev; estos puntos de montaje serán visibles en el sistema operativo anfitrión en varios nodos del árbol del sistema de archivos global. Al restringir los nodos de dispositivo poblados en las instancias chroot de /dev, el entorno chroot puede imponer el aislamiento del hardware (un programa no puede interferir con hardware que no puede ver ni nombrar, una forma de control de acceso aún más fuerte que los permisos del sistema de archivos Unix ).
MS-DOS gestionaba la contención de dispositivos de hardware (véase programa de terminación y permanencia ) haciendo que cada archivo de dispositivo fuera de acceso exclusivo. Una aplicación que intentara acceder a un dispositivo ya en uso descubriría que no puede abrir el nodo del archivo de dispositivo. En Unix y Linux se implementan diversas semánticas de controladores de dispositivos en lo que respecta al acceso concurrente . [ 4 ]
Sistemas Unix y similares a Unix

Los nodos de dispositivo corresponden a recursos que el núcleo de un sistema operativo ya ha asignado. Unix identifica estos recursos mediante un número mayor y un número menor , [ 5 ] ambos almacenados como parte de la estructura de un nodo . La asignación de estos números es única en distintos sistemas operativos y plataformas informáticas . Generalmente, el número mayor identifica al controlador del dispositivo y el número menor identifica un dispositivo específico (posiblemente entre muchos) que controla el controlador: [ 6 ] en este caso, el sistema puede pasar el número menor a un controlador. Sin embargo, en presencia de asignación dinámica de números , esto puede no ser así (por ejemplo, en FreeBSD 5 y versiones posteriores).
Al igual que con otros tipos de archivos especiales, el sistema informático accede a los nodos de dispositivo mediante llamadas al sistema estándar y los trata como archivos informáticos normales. Existen dos tipos estándar de archivos de dispositivo; lamentablemente, sus nombres resultan poco intuitivos por razones históricas, y, como consecuencia, las explicaciones sobre la diferencia entre ambos suelen ser incorrectas.
Dispositivos de caracteres
Los archivos especiales de caracteres o dispositivos de caracteres proporcionan acceso directo y sin búfer al dispositivo de hardware. No necesariamente permiten que los programas lean o escriban caracteres individuales; eso depende del dispositivo en cuestión. El dispositivo de caracteres de un disco duro, por ejemplo, normalmente requiere que todas las lecturas y escrituras se alineen con los límites de los bloques y, sin duda, no permite leer un solo byte.
A los dispositivos de caracteres a veces se les conoce como dispositivos sin procesar para evitar la confusión que rodea al hecho de que un dispositivo de caracteres para un componente de hardware basado en bloques normalmente requerirá que los programas lean y escriban bloques alineados.
Dispositivos de bloques
Los archivos especiales de bloques o dispositivos de bloques proporcionan acceso con búfer a los dispositivos de hardware y ofrecen cierta abstracción de sus detalles. [ 7 ] A diferencia de los dispositivos de caracteres, los dispositivos de bloques siempre permiten al programador leer o escribir un bloque de cualquier tamaño (incluidos caracteres/bytes individuales) y cualquier alineación. La desventaja es que, debido a que los dispositivos de bloques tienen búfer, el programador desconoce cuánto tiempo tardarán los datos escritos en pasarse de los búferes del kernel al dispositivo físico, o incluso en qué orden llegarán dos escrituras separadas al dispositivo físico. Además, si el mismo hardware expone tanto dispositivos de caracteres como de bloques, existe el riesgo de corrupción de datos debido a que los clientes que utilizan el dispositivo de caracteres desconocen los cambios realizados en los búferes del dispositivo de bloques.
La mayoría de los sistemas crean dispositivos de bloques y de caracteres para representar hardware como discos duros. FreeBSD y Linux, en particular, no lo hacen; el primero ha eliminado la compatibilidad con dispositivos de bloques [ 8 ] , mientras que el segundo solo crea dispositivos de bloques. Para obtener el efecto de un dispositivo de caracteres a partir de un dispositivo de bloques en Linux, se debe abrir el dispositivo con la bandera O_DIRECT específica de Linux .
Pseudodispositivos
En los sistemas tipo Unix, los nodos de dispositivo no necesariamente tienen que corresponder a dispositivos físicos . Los nodos que carecen de esta correspondencia se denominan pseudodispositivos . Estos proporcionan diversas funciones gestionadas por el sistema operativo. Algunos de los pseudodispositivos (basados en caracteres) más utilizados incluyen:
- /dev/null : acepta y descarta toda la entrada que se le escribe; proporciona una indicación de fin de archivo cuando se lee desde él.
- /dev/zero : acepta y descarta toda la entrada que se le escribe; produce un flujo continuo de caracteres nulos (bytes con valor cero) como salida cuando se lee de él.
- /dev/full produce una secuencia continua de caracteres nulos (bytes con valor cero) como salida cuando se lee de él, y genera un error ENOSPC ("disco lleno") cuando se intenta escribir en él.
- /dev/random : produce bytes generados por el generador de números pseudoaleatorios criptográficamente seguro del kerneltambién se proporcionanvariantes como /dev/urandom o /dev/arandom .
- /dev/stdin , /dev/stdout , /dev/stderr : acceden a los flujos estándar del proceso .
- /dev/fd/ n – accede al descriptor de archivo n del proceso .
- /dev/tty – hace referencia al dispositivo terminal de control del proceso actual, si lo tiene, independientemente de si el proceso tiene o no descriptores de archivo abiertos que hagan referencia a él.
El estándar POSIX solo requiere tres archivos especiales de dispositivo por nombre, /dev/console , /dev/null y /dev/tty , pero no requiere que /dev/console sea legible o escribible. [ 9 ] Un sistema utilizable puede tener muchos más.
Además, los pseudodispositivos específicos de BSD con una interfaz ioctl también pueden incluir:
- /dev/pf : permite que los procesos del espacio de usuario controlen PF a través de una interfaz ioctl .
- /dev/bio : proporciona acceso ioctl a dispositivos que de otro modo no se encontrarían comonodos /dev , utilizado por bioctl para implementar la administración RAID en OpenBSD y NetBSD .
- /dev/sysmon – utilizado por el marco envsys de NetBSDpara la monitorización del hardware , al que se accede en el espacio de usuario a través de proplib(3) por la utilidad envstat . [ 10 ]
Creación de nodos
Los nodos se crean mediante la llamada al sistema mknod . El programa de línea de comandos para crear nodos también se llama mknod . Los nodos se pueden mover o eliminar mediante las llamadas al sistema de archivos habituales ( rename , unlink ) y los comandos ( mv , rm ).
Algunas versiones de Unix incluyen un script llamado makedev o MAKEDEV para crear todos los dispositivos necesarios en el directorio /dev . Esto solo tiene sentido en sistemas cuyos dispositivos tienen números principales asignados estáticamente (por ejemplo, mediante la codificación directa en su módulo del kernel).
Algunos otros sistemas Unix, como FreeBSD, utilizan la gestión de nodos de dispositivos basada en el kernel únicamente a través de devfs y no admiten la creación manual de nodos. La llamada al sistema mknod(2) y el comando mknod(8) existen para mantener la compatibilidad con POSIX, pero los nodos de dispositivos creados manualmente fuera de devfs no funcionarán en absoluto. [ 11 ]
Convenciones de nomenclatura
Los siguientes prefijos se utilizan para los nombres de algunos dispositivos en la jerarquía /dev , para identificar el tipo de dispositivo:
- lp : impresoras de línea (comparar con lp )
- pt : pseudoterminales
- tty : terminales
En algunos sistemas operativos se ha generalizado el uso de prefijos adicionales:
- fb : búfer de fotogramas
- fd : (plataforma) disquetes , aunque esta misma abreviatura también se usa comúnmente para referirse al descriptor de archivo.
- hd : ("clásico") Controlador IDE (anteriormente utilizado para unidades de disco duro ATA , unidades de disco óptico ATAPI , etc.)
- hda : el dispositivo principal en el primer canal ATA (generalmente identificado por el número principal 3 y el número secundario 0)
- hdb : el dispositivo secundario en el primer canal ATA
- hdc : el dispositivo principal en el segundo canal ATA
- hdd : el dispositivo secundario en el segundo canal ATA
- parport , pp : puertos paralelos
- mem : memoria física
- kmem : memoria virtual del kernel
- nbd : Dispositivo de bloques de red : Abstracción que representa dispositivos de bloques que se montan a través de la red (o a partir de imágenes usando qemu-nbd)
- Controlador NVMe :
- nvme0 : controlador del primer dispositivo registrado (dispositivo de caracteres)
- nvme0n1 : primer espacio de nombres del primer dispositivo registrado (dispositivo de bloques)
- nvme0n1p1 : primera partición del primer espacio de nombres del primer dispositivo registrado (dispositivo de bloques)
- Controlador MMC :
- Controlador SCSI , también utilizado por libATA ( controlador PATA / SATA moderno ) en Linux, USB , IEEE 1394 , etc.:
- sd : controlador de almacenamiento masivo (dispositivo de bloques)
- sda : primer dispositivo registrado
- sdb, sdc , etc.: segundo, tercer, etc. dispositivos registrados
- ses : Controlador de la carcasa
- sg : capa SCSI genérica
- sr : controlador "ROM" (unidades de disco óptico orientadas a datos; scd es solo un alias secundario)
- st : controlador de cinta magnética
- da : dispositivo de acceso directo (disco)
- sa : dispositivo de acceso secuencial (cinta)
- pass : controlador de paso directo
- sd : controlador de almacenamiento masivo (dispositivo de bloques)
- tty : terminales
- ttyS : controlador de puerto serie (plataforma)
- ttyUSB : convertidores serie USB, módems, etc.
La lista canónica de los prefijos utilizados en Linux se puede encontrar en la Lista de dispositivos Linux , el registro oficial de números de dispositivos asignados y nodos de directorio /dev para el sistema operativo Linux. [ 12 ]
Para la mayoría de los dispositivos, este prefijo va seguido de un número que identifica de forma única el dispositivo en particular. En Linux, se utiliza una letra para identificar los dispositivos, seguida de un número para identificar las particiones , en el caso de las unidades de disco duro. Así, un sistema de archivos puede "conocer" un área en un disco como /dev/sda3 , por ejemplo, o "ver" una sesión de terminal en red asociada con /dev/pts/14 . Mientras que otras implementaciones generalmente utilizan números para los nodos de dispositivos de disco, en este caso, las particiones del disco se identifican mediante un número auxiliar, como /dev/da0p3 , /dev/disk1s3 .
En los discos que utilizan el típico registro de arranque maestro de PC , los números de dispositivo de la partición primaria y la partición extendida opcional se numeran del 1 al 4, mientras que los índices de cualquier partición lógica son del 5 en adelante, independientemente de la disposición de las particiones anteriores (su partición extendida principal no tiene por qué ser la cuarta partición del disco, ni tienen que existir las cuatro particiones primarias).
Los nombres de los dispositivos generalmente no son portátiles entre diferentes variantes de sistemas tipo Unix; por ejemplo, en algunos sistemas BSD , los dispositivos IDE se denominan /dev/wd0 , /dev/wd1 , etc.
devfs
devfs es una implementación específica de un sistema de archivos de dispositivos en sistemas operativos tipo Unix, utilizado para presentar archivos de dispositivos. El mecanismo subyacente de implementación puede variar según el sistema operativo.
Mantener estos archivos especiales en un sistema de archivos implementado físicamente, como un disco duro, resulta inconveniente, y dado que de todos modos requiere la asistencia del núcleo, surgió la idea de un sistema de archivos lógico de propósito especial que no se almacena físicamente.
Definir cuándo los dispositivos están listos para aparecer no es tarea sencilla. El enfoque de devfs consiste en que el controlador del dispositivo solicite la creación y eliminación de entradas devfs relacionadas con los dispositivos que habilita y deshabilita.
PC DOS, TOS, OS/2 y Windows
Un archivo de dispositivo es una palabra clave reservada que se utiliza en los sistemas PC DOS , TOS , OS/2 y Windows para permitir el acceso a determinados puertos y dispositivos.
MS-DOS tomó prestado el concepto de archivos especiales de Unix, pero los renombró como dispositivos . [ 1 ] Debido a que las primeras versiones de MS-DOS no admitían una jerarquía de directorios , los dispositivos se distinguían de los archivos regulares haciendo que sus nombres fueran palabras reservadas . Esto significa que ciertos nombres de archivo estaban reservados para dispositivos y no debían usarse para nombrar nuevos archivos o directorios. [ 13 ] Los nombres reservados se eligieron para que fueran compatibles con el manejo de PIPcomandos de "archivos especiales" en CP/M . Había dos tipos de dispositivos en DOS: Dispositivos de Bloque (utilizados para unidades de disco) y Dispositivos de Caracteres (generalmente todos los demás dispositivos, incluidos los dispositivos COM y PRN). [ 14 ]
DOS utiliza archivos de dispositivo para acceder a impresoras y puertos. La mayoría de las versiones de Windows también incluyen esta funcionalidad, lo que puede causar confusión al intentar crear archivos y carpetas con ciertos nombres, ya que no pueden tenerlos. [ 15 ] Las versiones 2.x de MS-DOS proporcionan el parámetro AVAILDEVCONFIG.SYSFALSE que, si se establece en , hace que estos nombres especiales solo sean activos si se les antepone \DEV\, lo que permite crear archivos ordinarios con estos nombres. [ 16 ]
GEMDOS , la parte de Atari TOS similar a DOS , admitía nombres de dispositivos similares a los de DOS, pero a diferencia de DOS, requería un carácter ":" al final (en DOS, esto es opcional) para identificarlos como dispositivos en lugar de nombres de archivo normales (por lo tanto, "CON:" funcionaría tanto en DOS como en TOS, pero "CON" nombraría un archivo normal en TOS, pero el dispositivo de consola en DOS). En MiNT y MagiC , una vista especial del sistema de archivos unificado similar a UNIX, a la que se accedía mediante la letra de unidad "U:", también colocaba los archivos de dispositivo en "U:\DEV".
Mediante la redirección de comandos y las tuberías, se pueden enviar o recibir datos desde un dispositivo. Por ejemplo, al escribir lo siguiente se enviará el archivo c:\data.txta la impresora:
TIPO c:\data.txt > PRN PIPE, MAILSLOT y MUP son otros dispositivos estándar de Windows. [ 22 ]
COI
El sistema operativo de 8 bits de las computadoras de bolsillo Sharp , como la PC-E500 , la PC-E500S , etc., consta de un intérprete BASIC , un sistema de control de archivos (FCS) similar a DOS 2 que implementa un sistema de archivos rudimentario de 12 bits similar a FAT , y un sistema de control de entrada/salida (IOCS) similar a BIOS que implementa varios controladores de dispositivos de caracteres y bloques estándar, así como dispositivos de archivos especiales, incluidos STDO:/SCRN: (pantalla), STDI:/KYBD: (teclado), COM: (E/S serie), STDL:/PRN: (impresora), CAS: (cinta de casete), E:/F:/G: (archivo de memoria), S1:/S2:/S3: (tarjeta de memoria), X:/Y: (disquete), SYSTM: (sistema) y NIL: (función). [ 23 ]
Implementaciones
Véase también
Referencias
- 1 2 Guía del usuario del sistema operativo Microsoft MS-DOS ( PDF) . Microsoft. 1983. págs. 3-5 . Consultado el 20 de abril de 2024 .
- 1 2 "La palabra de 3 letras que empieza con C que Windows odia" . YouTube . 14 de abril de 2016.
- ↑ Kroah-Hartman, Greg (2005-06-20). " [ PATCH ] devfs: Eliminar devfs del árbol del kernel" . Árbol de código fuente del kernel de Linux . Recuperado el 12-06-2021 .
- ↑ Corbet, Jonathan; Kroah-Hartman, Greg; Rubini, Alessandro (2005). "Control de acceso en un archivo de dispositivo". Controladores de dispositivos Linux, 3.ª edición . O'Reilly . Archivado del original el 7 de septiembre de 2009. Recuperado el 28 de abril de 2017.
El siguiente paso más allá de un dispositivo de apertura única es permitir que un solo usuario abra un dispositivo en múltiples procesos, pero permitir que solo un usuario tenga el dispositivo abierto a la vez.
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- Doug Gilbert (22/01/2001). "DEVFS y SCSI" .
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- Tushar Teredesai (05-03-2003). "Uso de devfs y devfsd" . Consejos para Linux desde cero .
- Archivo del dispositivo
- Interfaces del núcleo de Linux
- Sistemas de archivos pseudo compatibles con el kernel de Linux
- Sistemas de archivos de propósito especial
- Tecnología del sistema de archivos Unix