Unix/Linux编程：设备文件、磁盘、磁盘分区

Myth丶恋晨 2022-10-15 13:49 176阅读 0赞

# 设备文件 #

设备文件(设备专用文件)与系统的某个设备相对应。

*  在内核中，每种设备类型都有与之相对应的设备驱动程序， 用来处理设备的所有IO请求。  
    \-设备驱动程序属于内核代码单元，可以执行一系列操作，通常与相关硬件的输入/输出动作相对应
 *  由设备驱动程序提供的API是固定的，包含的操作对应于系统调用open()、close()、read()、write()、mmap()以及 ioctl()。
 *  每个设备驱动程序所提供的接口一致，这隐藏了每个设备在操作方面的差异，从而满足了IO操作的通用性

某些设备是实际存在的，比如磁盘、鼠标、磁带设备。而另一些设备则是虚拟的，也就是不存在相应硬件，但是内核会(通过设备驱动程序)提供一种抽象设备，其所携带的API与真实设备一般无异。

可以将设备划分为下面两种类型

*  字符型设备基于每个字符来处理数据。终端和键盘都属于字符型设备
 *  块设备则每次处理一块数据。块的大小取决于设备类型，但通常为 512 字节的倍数。磁盘和磁带设备都属于块设备

与其他类型的文件一样，设备文件总会出现在文件系统中，通常位于/dev 目录下。

在 Linux 的早期版本中，/dev 包含了系统中所有可能设备的条目，即使某些设备实际并未与系统连接。这意味着/dev 会包含数以千计的未用设备项，从而导致了两个缺点：

*  其一，对于需要扫描该目录内容的应用而言，降低了程序的执行速度；
 *  其二，根据该目录下的内容无法发现系统中实际存在哪些设备。

Linux2.6 运用 udev 程序解决了上述问题。该程序所依赖的 sysfs文件系统，是装载于/sys 下的伪文件系统，将设备和其他内核对象的相关信息导出至用户空间。

## 设备ID ##

*  每个设备文件都有主、辅 ID 号各一。
    
     *  主 ID 号标识一般的设备等级，内核会使用主 ID 号查找与该类设备相应的驱动程序。
     *  辅 ID 号能够在一般等级中唯一标识特定设备。

命令 ls –l可显示出设备文件的主、辅 ID

设备文件的i节点中记录了设备文件的主、辅 ID 。每个设备驱动程序**都会将自己与特定主设备号的关联关系向内核注册，借此建立设备专用文件和设备驱动程序之间的关系**。内核是不会使用设备文件名来查找驱动程序的。

在 Linux 2.4 以及更早的版本中，系统的设备总数受限于这一事实：设备的主、辅 ID 只能用 8 位数来表示。加之主设备 ID 固定不变，且为统一分配（由 Linux 命名和编号机构分配），使得上述问题更为严重。Linux 2.6 采用了更多位数来存放主、辅ID（分别为 12 位和 20 位），从而缓解了这一问题

# 磁盘与分区 #

常规文件和目录通常放在硬盘设备里(其他设备也能存放文件和目录，比如CD-ROM、flash 内存卡以及虚拟磁盘等)。

## 磁盘驱动器 ##

硬盘驱动器是一种机械装置，由一个或多个高速旋转（每分钟旋转数以千计）的盘片组成。通过在磁盘上快速移动的读/写磁头，便可获取/修改磁盘表面的磁性编码信息。磁盘表面信息物理上存储于称为磁道（track）的一组同心圆上。磁道自身又被划分为若干扇区，每个扇区则包含一系列物理块。物理块的容量一般为 512 字节（或 512 的倍数），代表了驱动器可读/写的最小信息单元。

尽管现代磁盘速度很快，但读写磁盘信息耗时依然不菲。首先，磁头要移动到相应磁道（寻道时间）；然后，在相应扇区旋转到磁头下之前，驱动器必须一直等待（旋转延迟）；最后，还要从所请求的块上传输数据（传输时间）。执行上述操作所耗费的时间总量通常以毫秒为单位。相形之下，同样的时间可供现代 CPU 执行数百万条指令

## 磁盘分区 ##

可以将每块磁盘划分为一个或者多个(不重叠的)分区。内核将每个分区视为位于/dev路径下的单独设备

> 系统管理员可使用 fdisk 命令来决定磁盘分区的编号、大小和类型。命令 fdisk –l 会列出磁盘上的所有分区。Linux 专有文件/proc/partitions 记录了系统中每个磁盘分区的主辅设备编号、大小和名称

磁盘分区可以容纳任何类型的信息，但是通常只会包含下面之一：

*  文件系统：用来存放常规文件
 *  数据区域：可以作为裸设备对其进行访问
 *  交换区域：供内核的内存管理只用。

可通过 mkswap(8)命令来创建交换区域。特权级进程(CAP\_SYS\_ADMIN)可利用 swapon()系统调用向内核报告将磁盘分区用作交换区域。swapoff()系统调用则会执行反向功能—告之内核，停止将磁盘分区用作交换区域。尽管 SUSv3 并未对上述系统调用进行规范，但它们却获得了许多 UNIX 实现的支持。其他信息请参考 swapon(2)、swapon(8)手册页。

> 可使用 Linux 专有文件/proc/swaps 来查看系统中当前已激活交换区域的信息。其中包括每个交换区域的大小，以及在用交换区域的个数