Linux字元裝置與塊裝置的區別與比較

linux中i/o裝置分為兩類：塊裝置和字元裝置。兩種裝置本身沒有嚴格限制，但是，基於不同的功能進行了分類。

(1) 字元裝置：提供連續的資料流，應用程式可以順序讀取，通常不支援隨機訪問。相反，此類裝置支援按位元組/字元來讀寫資料。舉例來說，數據機是典型的字元裝置。

(2) 塊裝置：應用程式可以隨機訪問裝置資料，程式可自行確定讀取資料的位置。硬碟是典型的塊裝置，應用程式可以定址磁碟上的任何位置，並由此讀取資料。此外，資料的讀寫只能以塊(通常是512b)的倍數進行。與字元裝置不同，塊裝置並不支援基於字元的定址。

兩種裝置本身並沒用嚴格的區分，主要是字元裝置和塊裝置驅動程式提供的訪問介面（file i/o api）是不一樣的。本文主要就資料介面、訪問介面和裝置註冊方法對兩種裝置進行比較。

1、資料結構

1.1字元裝置資料結構

struct file;

struct inode;

file定義於 , 是裝置驅動中第二個最重要的資料結構. 檔案結構代表乙個開啟的檔案. 它由核心在 open 時建立, 並傳遞給在檔案上操作的任何函式, 直到最後的關閉. 在檔案的所有例項都關閉後, 核心釋放這個資料結構。

inode 結構由核心在內部用來表示檔案.inode 結構包含大量關於檔案的資訊其中dev_t i_rdev成員包含實際的裝置編號.struct cdev *i_cdev中struct cdev 是核心的內部結構, 代表字元裝置。

1.2塊裝置資料結構

struct gendisk (定義於 ) 是單獨乙個磁碟驅動器的核心表示. 事實上, 核心還使用 gendisk 來表示分割槽。

2、裝置訪問介面

2.1字元裝置訪問介面

struct file_operations 其中file_operation 結構中的每個成員必須指向驅動中的函式, 這些函式實現乙個特別的操作, 或者對於不支援的操作留置為 null. 當指定為 null 指標時核心的確切的行為是每個函式不同的，該結構中主要函式如下：

ssize_t read(struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp);

ssize_t write(struct file *filp, const char __user *buff, size_t count, loff_t *offp);

filp 是檔案指標, count 是請求的傳輸資料大小. buff 引數指向持有被寫入資料的快取, 或者放入新資料的空快取. 最後, offp 是乙個指標指向乙個"long offset type"物件, 它指出使用者正在訪問的檔案位置. 返回值是乙個"signed size type"。

2.2塊裝置訪問介面

字元裝置通過 file_ 操作結構使它們的操作對系統可用. 乙個類似的結構用在塊裝置上; 它是 struct block_device_operations, 定義在，其主要操作方法如下：

int (*open)(struct inode *inode, struct file *filp);

int (*release)(struct inode *inode, struct file *filp);

就像它們的字元驅動對等體一樣工作的函式; 無論何時裝置被開啟和關閉都呼叫它們. 乙個字元驅動可能通過啟動裝置或者鎖住門(為可移出的介質)來響應乙個 open 呼叫. 如果你將介質鎖入裝置, 你當然應當在 release 方法中解鎖。

int (*ioctl)(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg);

實現 ioctl 系統呼叫的方法. 但是, 塊層首先解釋大量的標準請求; 因此大部分的塊驅動 ioctl 方法相當短。

3、裝置註冊

3.1字元裝置註冊

int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name)

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name)

void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count);

允許驅動分配和釋放裝置編號的範圍的函式. register_chrdev_region 應當用在事先知道需要的主編號時; 對於動態分配, 使用 alloc_chrdev_region 代替.

3.2塊裝置註冊

int register_blkdev(unsigned int major, const char *name);

int unregister_blkdev(unsigned int major, const char *name);

register_blkdev 註冊乙個塊驅動到核心, 並且, 可選地, 獲得乙個主編號. 乙個驅動可被登出, 使用 unregister_blkdev。