Linux 基礎知識--設備

Linux 操作系統中，各種設備驅動（device driver）通過設備控制器（device controller）來管理各種設備（device），其關系如下圖所示：

這些設備之中，

受同一個 device driver 管理的設備都有相同的 major number，這個數字可以看作設備的類別號碼，被內核用于識別一類設備

受同一個 device driver 管理的同一類設備中的每一個設備都有不同的 minor number，這個數字可以看作設備編號，被設備驅動用來識別每個設備

這些設備之中，

受同一個 device driver 管理的設備都有相同的 major number，這個數字可以看作設備的類別號碼，被內核用于識別一類設備

受同一個 device driver 管理的同一類設備中的每一個設備都有不同的 minor number，這個數字可以看作設備編號，被設備驅動用來識別每個設備

設備驅動主要有三大類：

面向包的網絡設備驅動（package oriented network device driver）

面向塊的存儲設備驅動（block oriented storage device driver），提供緩沖式（buffered）的設備訪問。

面向字節的字符設備驅動 （byte oriented char device driver），有時也稱為裸設備（raw devices），提供非緩沖的直接的設備訪問（unbuffered direct access），比如串口設備，攝像頭，聲音設備等。實際上，除了網絡設備和存儲設備以外的其它設備都是某種字符設備。

除此以外，還有一類設備，稱為偽設備（pseudo device），它們是軟件設備。Linux 上的 device 不一定要有硬件設備，比如 /dev/null, /dev/zero 等。

關于字符設備和塊設備的更多區別：

塊設備只能以塊為單位接受輸入和返回輸出，而字符設備則以字節為單位。大多數設備是字符設備，因為它們不需要緩沖而且不以固定塊大小進行操作。

塊設備對于I/O 請求有對應的緩沖區，因此它們可以選擇以什么順序進行響應，字符設備無須緩沖且被直接讀寫。對于存儲設備而言調 讀寫的順序作用巨大，因為在讀寫連續的扇區比分離的扇區更快。

字符設備只能被順序讀寫，而塊設備可以隨機訪問。雖然塊設備可隨機訪問，但是對于磁盤這類機械設備而言，順序地組織塊設備的訪問可以提高性能。

用戶空間的各種應用是通過 device driver 來操作設備的：

從這個圖上可以看出：

網絡設備驅動之上，分別有包調度器（packet scheduler），網絡協議層（network protocols），NetFilter （防火墻）和 scoket 層，其中，網絡設備驅動以 socket 作為應用層的接口

塊設備驅動之上，分別有 I/O Scheduler，通用塊層（generic block layer）和文件系統，其中，塊設備驅動以設備文件 （device file）作為應用層的接訪問口

字符設備驅動之上，分別有 Line discipline 和 terminals，其中，terminals 作為和應用的訪問接口

應用程序通過訪問這些設備文件像操作文件一樣來訪問這些設備，可以使用的接口包括：

int open(const char *path, int oflag, ... )

int close(int fd);

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbyte)

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbyte)

int ioctl(int d, int request, ...)

在 Linux 系統上，設備驅動可以被動態加載和刪除

lsmod - 列出當前已經被加載的模塊

insmod - insert/load 指定的模塊文件

modprobe - insert/load 指定的 module，以及所有依賴

rmmod - remove/unload 指定的module

Linux 存儲

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