塊設(shè)備和字符設(shè)備驅(qū)動比較

Linux中I/O設(shè)備分為兩類：塊設(shè)備和字符設(shè)備。兩種設(shè)備本身沒有嚴(yán)格限制，但是，基于不同的功能進(jìn)行了分類。

(1) 字符設(shè)備：提供連續(xù)的數(shù)據(jù)流，應(yīng)用程序可以順序讀取，通常不支持隨機(jī)存取。相反，此類設(shè)備支持按字節(jié)/字符來讀寫數(shù)據(jù)。舉例來說，調(diào)制解調(diào)器是典型的字符設(shè)備。

(2) 塊設(shè)備：應(yīng)用程序可以隨機(jī)訪問設(shè)備數(shù)據(jù)，程序可自行確定讀取數(shù)據(jù)的位置。硬盤是典型的塊設(shè)備，應(yīng)用程序可以尋址磁盤上的任何位置，并由此讀取數(shù)據(jù)。此外，數(shù)據(jù)的讀寫只能以塊(通常是512B)的倍數(shù)進(jìn)行。與字符設(shè)備不同，塊設(shè)備并不支持基于字符的尋址。

兩種設(shè)備本身并沒用嚴(yán)格的區(qū)分，主要是字符設(shè)備和塊設(shè)備驅(qū)動程序提供的訪問接口（file I/O API）是不一樣的。本文主要就數(shù)據(jù)接口、訪問接口和設(shè)備注冊方法對兩種設(shè)備進(jìn)行比較。

1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.1字符設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

struct file;
struct inode;

file定義于 , 是設(shè)備驅(qū)動中第二個最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu). 文件結(jié)構(gòu)代表一個打開的文件. 它由內(nèi)核在 open 時創(chuàng)建, 并傳遞給在文件上操作的任何函數(shù), 直到最后的關(guān)閉. 在文件的所有實例都關(guān)閉后, 內(nèi)核釋放這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

inode 結(jié)構(gòu)由內(nèi)核在內(nèi)部用來表示文件.inode 結(jié)構(gòu)包含大量關(guān)于文件的信息其中dev_t i_rdev成員包含實際的設(shè)備編號.struct cdev *i_cdev中struct cdev 是內(nèi)核的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 代表字符設(shè)備。

1.2塊設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

struct gendisk (定義于 ) 是單獨一個磁盤驅(qū)動器的內(nèi)核表示. 事實上, 內(nèi)核還使用 gendisk 來表示分區(qū)。

2、設(shè)備訪問接口

2.1字符設(shè)備訪問接口

struct file_operations 其中file_operation 結(jié)構(gòu)中的每個成員必須指向驅(qū)動中的函數(shù), 這些函數(shù)實現(xiàn)一個特別的操作, 或者對于不支持的操作留置為 NULL. 當(dāng)指定為 NULL 指針時內(nèi)核的確切的行為是每個函數(shù)不同的，該結(jié)構(gòu)中主要函數(shù)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 是文件指針, count 是請求的傳輸數(shù)據(jù)大小. buff 參數(shù)指向持有被寫入數(shù)據(jù)的緩存, 或者放入新數(shù)據(jù)的空緩存. 最后, offp 是一個指針指向一個"long offset type"對象, 它指出用戶正在存取的文件位置. 返回值是一個"signed size type"。

2.2塊設(shè)備訪問接口

字符設(shè)備通過 file_ 操作結(jié)構(gòu)使它們的操作對系統(tǒng)可用. 一個類似的結(jié)構(gòu)用在塊設(shè)備上; 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);

就像它們的字符驅(qū)動對等體一樣工作的函數(shù); 無論何時設(shè)備被打開和關(guān)閉都調(diào)用它們. 一個字符驅(qū)動可能通過啟動設(shè)備或者鎖住門(為可移出的介質(zhì))來響應(yīng)一個 open 調(diào)用. 如果你將介質(zhì)鎖入設(shè)備, 你當(dāng)然應(yīng)當(dāng)在 release 方法中解鎖。

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

實現(xiàn) ioctl 系統(tǒng)調(diào)用的方法. 但是, 塊層首先解釋大量的標(biāo)準(zhǔn)請求; 因此大部分的塊驅(qū)動 ioctl 方法相當(dāng)短。

3、設(shè)備注冊

3.1字符設(shè)備注冊

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(qū)動分配和釋放設(shè)備編號的范圍的函數(shù). register_chrdev_region 應(yīng)當(dāng)用在事先知道需要的主編號時; 對于動態(tài)分配, 使用 alloc_chrdev_region 代替.

3.2塊設(shè)備注冊

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

register_blkdev 注冊一個塊驅(qū)動到內(nèi)核, 并且, 可選地, 獲得一個主編號. 一個驅(qū)動可被注銷, 使用 unregister_blkdev。