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块设备和字符设备

原创 Linux操作系统 作者:zhouly1861 时间:2009-02-14 15:27:50 0 删除 编辑

是字符设备还是块设备的定义属于操作系统的设备访问层,与实际物理设备的特性无必然联系。设备访问层下面是驱动程序,所以只要驱动程序提供的方式,都可以。也就是说驱动程序支持stream方式,那么就可以用这种方式访问,驱动程序如果还支持block方式,那么你想用哪种方式访问都可以,典型的比如硬盘式的裸设备,两种都支持
    块设备(block device):是一种具有一定结构的随机存取设备,对这种设备的读写是按块进行的,他使用缓冲区来存放暂时的数据,待条件成熟后,从缓存一次性写入设备或从设备中一次性读出放入到缓冲区,如磁盘和文件系统等
    字符设备(Character device):这是一个顺序的数据流设备,对这种设备的读写是按字符进行的,而且这些字符是连续地形成一个数据流。他不具备缓冲区,所以对这种设备的读写是实时的,如终端、磁带机等。

系统中能够随机(不需要按顺序)访问固定大小数据片(chunks)的设备被称作块设备,这些数据片就称作块。最常见的块设备是硬盘,除此以外,还有软盘驱动器、CD-ROM驱动器和闪存等等许多其他块设备。注意,它们都是以安装文件系统的方式使用的——这也是块设备一般的访问方式

另一种基本的设备类型是字符设备。字符设备按照字符流的方式被有序访问,像串口和键盘就都属于字符设备。如果一个硬件设备是以字符流的方式被访问的话,那就应该将它归于字符设备;反过来,如果一个设备是随机(无序的)访问的,那么它就属于块设备。

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

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