Linux 基础知识--设备

Linux设备详解

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

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

Linux 系统中“一切皆文件”。每个设备，在 /dev 目录中都有对一个设备文件（device file），磁盘按接口分为：（IDE、SATA、SAS、SCSI、USB），比如 /dev/sda 表示第一个 SCSI/IDE 盘，/dev/vda 表示第一个 virtio 磁盘。底下列出几个常见的装置与其在Linux当中的档名

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 <module_file> - insert/load 指定的模块文件
• modprobe <module> - insert/load 指定的 module，以及所有依赖
• rmmod <module> - remove/unload 指定的module​