Tại sao / dev / null một tập tin? Tại sao chức năng của nó không được thực hiện như một chương trình đơn giản?

Tôi đang cố gắng để hiểu khái niệm về các tệp đặc biệt trên Linux. Tuy nhiên, việc có một tệp đặc biệt /devcó vẻ ngớ ngẩn khi chức năng của nó có thể được thực hiện bởi một số dòng trong C theo hiểu biết của tôi.

Ngoài ra, bạn có thể sử dụng nó theo cách tương tự, nghĩa là chuyển vào nullthay vì chuyển hướng vào /dev/null. Có một lý do cụ thể để có nó như là một tập tin? Không làm cho nó thành một tệp gây ra nhiều vấn đề khác như quá nhiều chương trình truy cập vào cùng một tệp?

Ngoài các lợi ích về hiệu suất của việc sử dụng một thiết bị đặc biệt cho nhân vật, lợi ích chính là tính mô đun . / dev / null có thể được sử dụng trong hầu hết mọi ngữ cảnh nơi tệp được mong đợi, không chỉ trong các đường ống vỏ. Hãy xem xét các chương trình chấp nhận các tệp như các tham số dòng lệnh.

# We don't care about log output.
$ frobify --log-file=/dev/null

# We are not interested in the compiled binary, just seeing if there are errors.
$ gcc foo.c -o /dev/null  || echo "foo.c does not compile!".

# Easy way to force an empty list of exceptions.
$ start_firewall --exception_list=/dev/null

Đây là tất cả các trường hợp sử dụng một chương trình làm nguồn hoặc chìm sẽ cực kỳ cồng kềnh. Ngay cả trong trường hợp đường ống vỏ, thiết bị xuất chuẩn và thiết bị xuất chuẩn có thể được chuyển hướng đến các tệp một cách độc lập, một điều khó thực hiện với các tệp thực thi là phần chìm:

# Suppress errors, but print output.
$ grep foo * 2>/dev/null

Nói một cách công bằng, nó không phải là một tập tin thông thường ; đó là một thiết bị đặc biệt của nhân vật :

$ file /dev/null
/dev/null: character special (3/2)

Nó hoạt động như một thiết bị chứ không phải là một tệp hoặc chương trình có nghĩa là hoạt động đơn giản hơn để chuyển hướng đầu vào hoặc đầu ra từ nó, vì nó có thể được gắn vào bất kỳ mô tả tệp nào, bao gồm cả đầu vào / đầu ra / lỗi tiêu chuẩn.

Tôi nghi ngờ lý do tại sao có nhiều liên quan đến tầm nhìn / thiết kế hình thành Unix (và do đó là Linux), và những lợi thế bắt nguồn từ nó.

Không nghi ngờ gì có một lợi ích hiệu suất không đáng kể để không tạo ra một quy trình bổ sung, nhưng tôi nghĩ có nhiều hơn thế: Unix ban đầu có một phép ẩn dụ "mọi thứ là một tập tin", có một lợi thế không rõ ràng nhưng thanh lịch nếu bạn nhìn vào nó từ góc độ hệ thống, thay vì quan điểm kịch bản shell.

Giả sử bạn có nullchương trình dòng lệnh và /dev/nullnút thiết bị. Từ góc độ shell-script, foo | nullchương trình thực sự hữu ích và tiện lợi , và foo >/dev/nullmất một chút thời gian để gõ và có vẻ kỳ lạ.

Nhưng đây là hai bài tập:

1. Hãy thực hiện chương trình nullbằng các công cụ Unix hiện có và /dev/null- dễ dàng : cat >/dev/null. Làm xong.

2. Bạn có thể thực hiện /dev/nulltrong điều khoản null?

Bạn hoàn toàn đúng khi mã C chỉ loại bỏ đầu vào là không đáng kể, vì vậy có thể chưa rõ lý do tại sao có sẵn một tệp ảo cho tác vụ.

Hãy xem xét: hầu hết mọi ngôn ngữ lập trình đã cần để làm việc với các tệp, mô tả tệp và đường dẫn tệp, bởi vì chúng là một phần của mô hình "mọi thứ là một tệp" của Unix ngay từ đầu.

Nếu tất cả những gì bạn có là các chương trình ghi vào thiết bị xuất chuẩn, thì chương trình sẽ không quan tâm nếu bạn chuyển hướng chúng thành một tệp ảo nuốt tất cả ghi hoặc một đường dẫn vào một chương trình nuốt tất cả ghi.

Bây giờ nếu bạn có các chương trình lấy đường dẫn tệp để đọc hoặc ghi dữ liệu (hầu hết các chương trình đều làm như vậy) - và bạn muốn thêm chức năng "đầu vào trống" hoặc "loại bỏ đầu ra này" cho các chương trình đó - tốt, /dev/nullmiễn phí.

Lưu ý rằng tính thanh lịch của nó là làm giảm độ phức tạp mã của tất cả các chương trình có liên quan - đối với mỗi usecase phổ biến nhưng đặc biệt mà hệ thống của bạn có thể cung cấp dưới dạng "tệp" với "tên tệp" thực tế, mã của bạn có thể tránh thêm lệnh tùy chỉnh tùy chọn -line và đường dẫn mã tùy chỉnh để xử lý.

Kỹ thuật phần mềm tốt thường phụ thuộc vào việc tìm các ẩn dụ tốt hoặc "tự nhiên" để trừu tượng hóa một số yếu tố của vấn đề theo cách dễ suy nghĩ hơn nhưng vẫn linh hoạt , để bạn có thể giải quyết cơ bản cùng một loạt các vấn đề cấp cao hơn mà không cần phải dành thời gian và năng lượng tinh thần để thực hiện lại các giải pháp cho các vấn đề cấp thấp hơn liên tục.

"Tất cả mọi thứ là một tập tin" có vẻ là một phép ẩn dụ đó để truy cập vào các nguồn tài nguyên: Bạn gọi opencủa một con đường được đưa ra trong một không gian tên heirarchical, nhận được một tài liệu tham khảo (mô tả tập tin) cho các đối tượng, và bạn có thể readvà write, vv trên file descriptor. Stdin / stdout / stderr của bạn cũng là các mô tả tập tin vừa được mở trước cho bạn. Các đường ống của bạn chỉ là các tập tin và mô tả tập tin, và chuyển hướng tập tin cho phép bạn dán tất cả các phần này lại với nhau.

Unix đã thành công nhiều như nó đã làm một phần vì các trừu tượng này hoạt động tốt như thế nào và /dev/nullđược hiểu rõ nhất như là một phần của toàn bộ.

PS Thật đáng để xem phiên bản Unix của "mọi thứ là một tập tin" và những thứ như /dev/nullbước đầu tiên hướng tới sự khái quát hóa linh hoạt và mạnh mẽ hơn của phép ẩn dụ đã được triển khai trong nhiều hệ thống tiếp theo.

Ví dụ, trong các đối tượng giống như tệp đặc biệt của Unix /dev/nullphải được triển khai trong chính kernel, nhưng hóa ra nó đủ hữu ích để hiển thị chức năng ở dạng tệp / thư mục mà từ đó nhiều hệ thống đã được tạo ra để cung cấp một cách cho các chương trình Để làm việc đó.

Một trong những cái đầu tiên là hệ điều hành Plan 9, được tạo ra bởi một số người đã tạo ra Unix. Sau đó, GNU Hurd đã làm một cái gì đó tương tự với "dịch giả" của nó. Trong khi đó, Linux cuối cùng cũng đã nhận được FUSE (hiện đã lan sang các hệ thống chính thống khác).

Tôi nghĩ /dev/nulllà một thiết bị nhân vật (hoạt động như một tệp thông thường) thay vì một chương trình vì lý do hiệu suất .

Nếu nó là một chương trình, nó sẽ yêu cầu tải, bắt đầu, lập lịch, chạy và sau đó dừng và dỡ chương trình. Chương trình C đơn giản mà bạn đang mô tả tất nhiên sẽ không tiêu tốn nhiều nguồn tài nguyên, nhưng tôi nghĩ nó tạo ra sự khác biệt đáng kể khi xem xét một số lượng lớn (hàng triệu) hành động chuyển hướng / vận hành vì các hoạt động quản lý quy trình tốn kém trên quy mô lớn như chúng liên quan đến chuyển mạch ngữ cảnh.

Một giả định khác: Đường ống vào một chương trình yêu cầu bộ nhớ được phân bổ bởi chương trình nhận (ngay cả khi nó bị loại bỏ trực tiếp sau đó). Vì vậy, nếu bạn chuyển sang công cụ bạn có mức tiêu thụ bộ nhớ gấp đôi, một lần trên chương trình gửi và một lần nữa trên chương trình nhận.

Ngoài "mọi thứ là một tập tin" và do đó dễ sử dụng ở mọi nơi mà hầu hết các câu trả lời khác đều dựa vào, cũng có vấn đề về hiệu suất như @ user5626466 đề cập.

Để hiển thị trong thực tế, chúng tôi sẽ tạo ra chương trình đơn giản gọi là nullread.c:

#include <unistd.h>
char buf[1024*1024];
int main() {
        while (read(0, buf, sizeof(buf)) > 0);
}

và biên dịch nó với gcc -O2 -Wall -W nullread.c -o nullread

(Lưu ý: chúng ta không thể sử dụng lseek (2) trên các đường ống, vì vậy cách duy nhất để thoát ống là đọc từ đó cho đến khi nó rỗng).

% time dd if=/dev/zero bs=1M count=5000 |  ./nullread
5242880000 bytes (5,2 GB, 4,9 GiB) copied, 9,33127 s, 562 MB/s
dd if=/dev/zero bs=1M count=5000  0,06s user 5,66s system 61% cpu 9,340 total
./nullread  0,02s user 3,90s system 41% cpu 9,337 total

trong khi với /dev/nullchuyển hướng tệp tiêu chuẩn, chúng tôi có tốc độ tốt hơn nhiều (do các sự kiện được đề cập: chuyển đổi ngữ cảnh ít hơn, kernel chỉ bỏ qua dữ liệu thay vì sao chép nó, v.v.):

% time dd if=/dev/zero bs=1M count=5000 > /dev/null
5242880000 bytes (5,2 GB, 4,9 GiB) copied, 1,08947 s, 4,8 GB/s
dd if=/dev/zero bs=1M count=5000 > /dev/null  0,01s user 1,08s system 99% cpu 1,094 total

(đây phải là một nhận xét ở đó, nhưng quá lớn cho điều đó và sẽ hoàn toàn không thể đọc được)

Câu hỏi của bạn được đặt ra như thể một cái gì đó sẽ đạt được có lẽ đơn giản bằng cách sử dụng một chương trình null thay cho một tập tin. Có lẽ chúng ta có thể thoát khỏi khái niệm "tập tin ma thuật" và thay vào đó chỉ là "những ống thông thường".

Nhưng xem xét, một đường ống cũng là một tập tin . Chúng thường không được đặt tên và do đó chỉ có thể được thao tác thông qua các mô tả tệp của chúng.

Hãy xem xét ví dụ hơi khó hiểu này:

$ echo -e 'foo\nbar\nbaz' | grep foo
foo

Sử dụng thay thế quy trình của Bash, chúng ta có thể thực hiện điều tương tự thông qua cách xoay vòng hơn:

$ grep foo <(echo -e 'foo\nbar\nbaz')
foo

Thay thế grepcho echovà chúng ta có thể nhìn thấy dưới nắp:

$ echo foo <(echo -e 'foo\nbar\nbaz')
foo /dev/fd/63

Cấu <(...)trúc chỉ được thay thế bằng một tên tệp và grep nghĩ rằng nó đang mở bất kỳ tệp cũ nào, nó chỉ được đặt tên /dev/fd/63. Ở đây, /dev/fdlà một thư mục ma thuật tạo ra các ống có tên cho mỗi mô tả tệp được sở hữu bởi tệp truy cập vào nó.

Chúng tôi có thể làm cho nó ít phép thuật hơn mkfifođể tạo ra một ống có tên xuất hiện lsvà mọi thứ, giống như một tệp thông thường:

$ mkfifo foofifo
$ ls -l foofifo 
prw-rw-r-- 1 indigo indigo 0 Apr 19 22:01 foofifo
$ grep foo foofifo

Ở nơi khác:

$ echo -e 'foo\nbar\nbaz' > foofifo

và kìa, grep sẽ xuất ra foo.

Tôi nghĩ rằng một khi bạn nhận ra các đường ống và các tệp thông thường và các tệp đặc biệt như / dev / null đều chỉ là các tệp, thì rõ ràng việc triển khai một chương trình null phức tạp hơn . Hạt nhân phải xử lý ghi vào một tệp, nhưng trong trường hợp / dev / null, nó chỉ có thể thả ghi trên sàn, trong khi với một đường ống, nó phải thực sự chuyển các byte sang một chương trình khác, sau đó phải thực sự đọc chúng

Tôi sẽ lập luận rằng có một vấn đề an ninh ngoài các mô hình và hiệu suất lịch sử. Giới hạn số lượng chương trình với thông tin thực thi đặc quyền, dù đơn giản đến đâu, là nguyên lý cơ bản của bảo mật hệ thống. Một sự thay thế /dev/nullchắc chắn sẽ được yêu cầu để có những đặc quyền như vậy do sử dụng bởi các dịch vụ hệ thống. Các khung bảo mật hiện đại thực hiện một công việc tuyệt vời ngăn chặn các khai thác, nhưng chúng không thể đánh lừa được. Một thiết bị điều khiển kernel được truy cập dưới dạng tệp khó khai thác hơn nhiều.

Như những người khác đã chỉ ra, /dev/null là một chương trình được tạo thành từ một số dòng mã. Chỉ là những dòng mã này là một phần của kernel.

Để làm cho nó rõ ràng hơn, đây là triển khai Linux: một thiết bị ký tự gọi các chức năng khi đọc hoặc ghi vào. Viết cho /dev/nullcác cuộc gọi write_null , trong khi đọc các cuộc gọi read_null , đã đăng ký tại đây .

Nghĩa đen là một dòng mã: các hàm này không làm gì cả. Bạn chỉ cần nhiều dòng mã hơn ngón tay trên bàn tay nếu bạn đếm các chức năng khác ngoài đọc và viết.

Tôi hy vọng rằng bạn cũng biết về / dev / Chargeen / dev / zero và những người khác thích chúng bao gồm / dev / null.

LINUX / UNIX có một vài trong số này - được cung cấp để mọi người có thể sử dụng tốt WAG WRITTEN CODE FrAGMEnTS.

Chargeen được thiết kế để tạo ra một mẫu ký tự cụ thể và lặp lại - nó khá nhanh và sẽ đẩy các giới hạn của các thiết bị nối tiếp và nó sẽ giúp gỡ lỗi các giao thức nối tiếp đã được viết và thất bại một số thử nghiệm hoặc khác.

Zero được thiết kế để điền vào một tệp hiện có hoặc xuất ra rất nhiều zero

/ dev / null chỉ là một công cụ khác có cùng ý tưởng.

Tất cả các công cụ này trong bộ công cụ của bạn có nghĩa là bạn có một nửa cơ hội để làm cho một chương trình hiện có làm một cái gì đó độc đáo mà không cần quan tâm đến chúng (nhu cầu cụ thể của bạn) như các thiết bị hoặc thay thế tệp

Hãy thiết lập một cuộc thi để xem ai có thể tạo ra kết quả thú vị nhất chỉ với một vài thiết bị nhân vật trong phiên bản LINUX của bạn.