Linux 基础知识--设备

Linux 操作系统中，各种设备驱动（device driver）通过设备控制器（device controller）来管理各种设备（device），其关系如下图所示：

这些设备之中，

受同一个 device driver 管理的设备都有相同的 major number，这个数字可以看作设备的类别号码，被内核用于识别一类设备

受同一个 device driver 管理的同一类设备中的每一个设备都有不同的 minor number，这个数字可以看作设备编号，被设备驱动用来识别每个设备

这些设备之中，

受同一个 device driver 管理的设备都有相同的 major number，这个数字可以看作设备的类别号码，被内核用于识别一类设备

受同一个 device driver 管理的同一类设备中的每一个设备都有不同的 minor number，这个数字可以看作设备编号，被设备驱动用来识别每个设备

设备驱动主要有三大类：

面向包的网络设备驱动（package oriented network device driver）

面向块的存储设备驱动（block oriented storage device driver），提供缓冲式（buffered）的设备访问。

面向字节的字符设备驱动 （byte oriented char device driver），有时也称为裸设备（raw devices），提供非缓冲的直接的设备访问（unbuffered direct access），比如串口设备，摄像头，声音设备等。实际上，除了网络设备和存储设备以外的其它设备都是某种字符设备。

除此以外，还有一类设备，称为伪设备（pseudo device），它们是软件设备。Linux 上的 device 不一定要有硬件设备，比如 /dev/null, /dev/zero 等。

关于字符设备和块设备的更多区别：

块设备只能以块为单位接受输入和返回输出，而字符设备则以字节为单位。大多数设备是字符设备，因为它们不需要缓冲而且不以固定块大小进行操作。

块设备对于I/O 请求有对应的缓冲区，因此它们可以选择以什么顺序进行响应，字符设备无须缓冲且被直接读写。对于存储设备而言调 读写的顺序作用巨大，因为在读写连续的扇区比分离的扇区更快。

字符设备只能被顺序读写，而块设备可以随机访问。虽然块设备可随机访问，但是对于磁盘这类机械设备而言，顺序地组织块设备的访问可以提高性能。

用户空间的各种应用是通过 device driver 来操作设备的：

从这个图上可以看出：

网络设备驱动之上，分别有包调度器（packet scheduler），网络协议层（network protocols），NetFilter （防火墙）和 scoket 层，其中，网络设备驱动以 socket 作为应用层的接口

块设备驱动之上，分别有 I/O Scheduler，通用块层（generic block layer）和文件系统，其中，块设备驱动以设备文件 （device file）作为应用层的接访问口

字符设备驱动之上，分别有 Line discipline 和 terminals，其中，terminals 作为和应用的访问接口

应用程序通过访问这些设备文件像操作文件一样来访问这些设备，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 系统上，设备驱动可以被动态加载和删除

lsmod - 列出当前已经被加载的模块

insmod - insert/load 指定的模块文件

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

rmmod - remove/unload 指定的module

Linux 存储

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