字符设备、块设备、网络设备

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在Linux中,设备类型可以分为:字符设备、块设备和网络设备。

1 字符设备

提供连续的数据流,应用程序可以顺序读取,通常不支持随机存取。相反,此类设备支持按字节/字符来读写数据。举例来说,键盘、串口、调制解调器都是典型的字符设备。

2 块设备

应用程序可以随机访问设备数据,程序可自行确定读取数据的位置。硬盘、软盘、CD-ROM驱动器和闪存都是典型的块设备,应用程序可以寻址磁盘上的任何位置,并由此读取数据。此外,数据的读写只能以块(通常是512B)的倍数进行。与字符设备不同,块设备并不支持基于字符的寻址。

3 字符设备与块设备的区别

这两种类型的设备的根本区别在于它们是否可以被随机访问——换句话说就是,能否在访问设备时随意地从一个位置跳转到另一个位置。举个例子,键盘这种设备提供的就是一个数据流,当你敲入"fox" 这个字符串时,键盘驱动程序会按照和输入完全相同的顺序返回这个由三个字符组成的数据流。如果让键盘驱动程序打乱顺序来读字符串,或读取其他字符,都是没有意义的。所以键盘就是一种典型的字符设备,它提供的就是用户从键盘输入的字符流。对键盘进行读操作会得到一个字符流,首先是"f",然后是"o",最后是"x",最终是文件的结束(EOF)。当没人敲键盘时,字符流就是空的。硬盘设备的情况就不大一样了。硬盘设备的驱动可能要求读取磁盘上任意块的内容,然后又转去读取别的块的内容,而被读取的块在磁盘上位置不一定要连续,所以说硬盘可以被随机访问,而不是以流的方式被访问,显然它是一个块设备。

内核管理块设备要比管理字符设备细致得多,需要考虑的问题和完成的工作相比字符设备来说要复杂许多。这是因为字符设备仅仅需要控制一个位置—当前位置—而块设备访问的位置必须能够在介质的不同区间前后移动。所以事实上内核不必提供一个专门的子系统来管理字符设备,但是对块设备的管理却必须要有一个专门的提供服务的子系统。不仅仅是因为块设备的复杂性远远高于字符设备,更重要的原因是块设备对执行性能的要求很高;对硬盘每多一分利用都会对整个系统的性能带来提升,其效果要远远比键盘吞吐速度成倍的提高大得多。另外,我们将会看到,块设备的复杂性会为这种优化留下很大的施展空间。

4 字符设备与块设备的区分

每一个字符设备或者块设备都在/dev目录下对应一个设备文件。读者可以通过查看/dev目录下的文件的属性,来区分设备是字符设备还是块设备。使用cd命令进入/dev目录,并执行ls -l命令就可以看到设备的属性

ls -l命令的第一字段中的第一个字符c表示设备是字符设备,b表示设备是块设备。第234字段对驱动程序开发来说没有关系。第5,6字段分别表示设备的主设备号和次设备号。第7字段表示文件的最后修改时间。第8字段表示设备的名字。

由第1和8字段可知,adsp是字符设备,dm-0是块设备。其中adsp设备的主设备号是14,次设备号是12。

5 网络设备

网络设备是特殊设备的驱动,它负责接收和发送帧数据,可能是物理帧,也可能是ip数据包,这些特性都有网络驱动决定。它并不存在于/dev下面,所以与一般的设备不同。网络设备是一个net_device结构,并通过register_netdev注册到系统里,最后通过ifconfig -a的命令就能看到。