Марк Митчелл - Программирование для Linux. Профессиональный подход

Иногда требуется записывать данные непосредственно в символьные устройства. Рассмотрим примеры.

■ Терминальная программа напрямую обращается к модему через устройство последовательного порта. Данные, записываемые в устройство, передаются по модему на удаленный компьютер.

■ Программа резервного копирования записывает данные непосредственно на ленту. Такая программа может реализовывать свои собственные алгоритмы сжатия и проверки ошибок.

■ Программа обращается к первому виртуальному терминалу, [19] В большинстве Linux-систем можно переключиться на первый виртуальный терминал, нажав . Чтобы перейти на второй виртуальный терминал, следует нажать и т.д. записывая данные в устройство /dev/tty1.

Терминальным окнам, работающим в графической среде, и окнам сеансов удаленной регистрации назначаются не виртуальные терминалы, а псевдотерминалы (о них говорится в разделе 6.6, "Псевдотерминалы")

■ Иногда программе требуется получить доступ к терминальному устройству, с которым она связана.

Например, программа может попросить пользователя ввести пароль. Из соображений безопасности требуется проигнорировать перенаправление стандартных потоков ввода и вывода и прочитать пароль с терминала независимо от того, как пользователь вызвал программу. Для этого можно открыть файл /dev/tty, всегда соответствующий текущему терминальному устройству процесса. Запишите в данный файл строку приглашения, а затем прочитайте пароль. Это не позволит пользователю передать программе пароль из файла с помощью следующего синтаксиса:

% secure_program < my-password.txt

■ Программа воспроизводит аудиофайл через звуковую плату, посылая аудиоданные в устройство /dev/audio. Эти данные должны быть представлены в формате Sun (такие файлы обычно имеют расширение .au).

Например, во многие дистрибутивы Linux входит файл /usr/share/sndconfig/sample.au. Попробуйте воспроизвести его с помощью такой команды:

% cat /usr/share/sndconfig/sample.au > /dev/audio

Те, кто хотят включить звук в свои программы, должны использовать специальные сервисы и библиотеки функций работы со звуком, имеющиеся в Linux. В графической среде Gnome есть демон EsounD (доступен по адресу http://www.tux.org/~riclude/EsounD.html), в KDE — программа aRts ( http://space.twc.de/~stefan/kde/arts-mcop-doc/). Благодаря этим средствам приложения, обращающиеся к звуковой плате, лучше взаимодействуют друг с другом.

В Linux есть также ряд специальных символьных устройств, которым не соответствуют никакие аппаратные компоненты. Старший номер всех таких устройств равен 1. Это означает, что обращение к устройству переадресуется ядру Linux.

Устройство /dev/nullслужит двум целям.

■ Linux удаляет любые данные, направляемые в устройство /dev/null. В тех случаях, когда выводные данные программы не нужны, в качестве выходного файла назначают устройство /dev/null, например:

% verbose_command > /dev/null

■ При чтении из устройства /dev/nullвсегда возвращается признак конца строки. Если открыть файл /dev/nullс помощью функции open()и попытаться прочесть данные из него с помощью функции read(), функция вернет 0 байтов. При копировании файла /dev/nullв другое место будет создан пустой файл нулевой длины:

% cp /dev/null empty-file

% ls -l empty-file

-rw-rw---- 1 samuel samuel 0 Mar 8 00:27 empty-file

Устройство /dev/zeroведет себя так, как если бы оно было файлом бесконечной длины, заполненным одними нулями. Сколько бы данных ни запрашивалось из этого файла, ОС Linux "сгенерирует" достаточное количество кулевых байтов.

Чтобы проверить это, запустите программу hexdump, представленную в листинге Б.4 приложения Б, "Низкоуровневый ввод-вывод". Программа отображает содержимое файла /dev/zeroв шестнадцатеричном виде:

% ./hexdump /dev/zero

0x000000 : 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

0x000010 : 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

0x000020 : 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

0x000030 : 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

...

Чтобы прервать работу программы, нажмите .

Файл /dev/zeroиспользуется в функциях выделения памяти, которые отображают этот файл в памяти, чтобы инициализировать выделяемые сегменты нулями. Об этом рассказывается в разделах 5,3.5, "Другие применения функции mmap()", и 8.9. "Функция mprotect(): задание прав доступа к памяти".

Устройство /dev/fullведет себя так, как если бы оно было файлом в файловой системе, где не осталось свободного места. Операция записи в этот файл завершается ошибкой, и в переменную errno помещается код ENOSPC, обычно свидетельствующий о том, что устройство записи переполнено.

Вот что получится, если попытаться осуществить запись в устройство /dev/fullс помощью команды cp:

% cp /etc/fstab /dev/full

cp: /dev/full: No space left on device

Этот файл удобен для проверки того, как программа будет вести себя в случае, если при записи в файл возникнет нехватка места.

Специальные устройства /dev/randomи /dev/urandomпредоставляют доступ к средствам генерирования случайных чисел, встроенным в ядро Linux.

Большинство аналогичных программных функций, например функция rand()стандартной библиотеки языка С, в действительности генерируют псевдослучайные числя. Такие числа имеют некоторые свойства случайных последовательностей, но их можно воспроизвести: достаточно задать то же самое инициализирующее значение, чтобы получить одинаковую последовательность чисел. Такое поведение неизбежно, ведь внутренняя работа компьютера жестко определена и предсказуема. Но в ряде приложений это крайне нежелательно. Например, можно взломать криптографический шифр, если воспроизвести последовательность случайных чисел, лежащих в его основе.

Чтобы получить настоящие случайные числа, необходим внешний "источник хаоса". Ядро Linux знает о таком источнике: это вы сами ! Замеряя задержки между действиями пользователя, в частности нажатиями клавиш и перемещениями мыши, ядро способно генерировать непредсказуемый поток действительно случайных чисел. Получить доступ к этому потопу можно путем чтения из устройств /dev/randomи /dev/urandom.

Разница между устройствами проявляется, когда запас случайных чисел в ядре Linux заканчивается. Если попытаться прочесть большое количество байтов из устройства /dev/randomи при этом не выполнять никаких пользовательских действий (не нажимать клавиши, не перемещать мышь и т.п.), система заблокирует операцию чтения. Только когда пользователь проявит какую-то активность, система сгенерирует дополнительные случайные числа и передаст их программе.