這篇文章主要介紹了Linux操作系統(tǒng)中的塊設備是什么的相關知識，內容詳細易懂，操作簡單快捷，具有一定借鑒價值，相信大家閱讀完這篇Linux操作系統(tǒng)中的塊設備是什么文章都會有所收獲，下面我們一起來看看吧。

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在Windows操作系統(tǒng)下磁盤設備似乎是一個實實在在的設備，我們可以通過圖形界面對磁盤設備進行管理。如圖1是Windows下的磁盤管理界面，可以通過這個界面清晰的看到磁盤設備，并且可以對其進行格式化等操作。

圖1 Windows磁盤設備

Linux操作系統(tǒng)的磁盤設備并不直觀，在LInux系統(tǒng)中“一切皆文件”的理念下，磁盤設備其實是一個文件，只不過是一個比較特殊的文件。如圖2是某些磁盤和分區(qū)的文件路徑，其中黃色字體部分是磁盤的路徑(類似文件路徑)，而前面紅色方框內的b表示這個文件是磁盤設備文件，而非普通文件。

圖2 Linux系統(tǒng)下磁盤設備

磁盤設備文件也是位于VFS(虛擬文件系統(tǒng))下面，與Ext4等文件系統(tǒng)類似(參考圖3)。用戶層面可以用訪問普通文件的接口(API)訪問磁盤。如下代碼是用Python實現(xiàn)的一個向磁盤寫入字符串的程序。代碼很簡單，就是打開磁盤所在的路徑(path)，然后調用write函數(shù)寫數(shù)據(jù)。

Linux系統(tǒng)中磁盤的本質

通過上面的描述我們知道對于Linux操作系統(tǒng)來說，磁盤就是一個文件。而磁盤本身就是一個線性存儲空間(可以理解為一個大數(shù)組)，這種方式與文件也是非常類似的。鑒于上述相似性，Linux將磁盤設備抽象為一個文件并沒有任何不妥之處。

實質上，在Linux操作系統(tǒng)磁盤設備是基于一個稱為bdev的偽文件系統(tǒng)來管理的，bdev文件系統(tǒng)是一個在內存中的偽文件系統(tǒng)(在內存的文件系統(tǒng)，無持久化的數(shù)據(jù))，位置與Ext4等文件系統(tǒng)相同。如圖3所示，bdev文件系統(tǒng)的位置為圖中紅色區(qū)域。

圖3 bdev文件系統(tǒng)位置

理解了塊設備的管理方式，再結合我們之前對文件系統(tǒng)的相關介紹，這樣就很容易理解后續(xù)的內容了。在文件系統(tǒng)相關文章介紹中我們知道，不同文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的關鍵是其提供的函數(shù)集，而這個函數(shù)集是在打開文件的時候確定的。磁盤設備也是如此，當我們打開磁盤設備時，操作系統(tǒng)根據(jù)磁盤設備的特性，會初始化inode中的函數(shù)集。而后續(xù)對該磁盤設備的讀寫操作就能通過該函數(shù)集完成。如下代碼所示  ，塊設備連同字符設備和管道都作為特殊的文件進行處理，并初始化對應的函數(shù)集。

完成函數(shù)集的初始化后，當用戶調用VFS層的接口時，VFS層就可以找到具體的處理函數(shù)，進而完成用戶的操作。這里的函數(shù)集與本地文件系統(tǒng)的函數(shù)集別無二致，差異在于普通文件系統(tǒng)需要管理目錄和文件，而bdev偽文件系統(tǒng)是將磁盤看作一個大文件，更簡單一些。

磁盤的緩存

既然磁盤偽文件系統(tǒng)bdev本身也是一個文件系統(tǒng)，因此自然也可以有緩存。這個緩存就是用于提升磁盤性能的緩存系統(tǒng)。磁盤的緩存系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的緩存系統(tǒng)類似，也是通過頁緩存來實現(xiàn)的。當然，Linux磁盤的緩存是可以關閉的，此時將調用另外一套函數(shù)集。

這樣說起來可能比較抽象，下面我們以一個具體的例子來看一下磁盤緩存的具體實現(xiàn)。如下是磁盤偽文件系統(tǒng)的函數(shù)集，我們以寫數(shù)據(jù)為例進行介紹。

圖4 磁盤函數(shù)集

寫數(shù)據(jù)的函數(shù)為blkdev_write_iter，該函數(shù)會調用generic_perform_write函數(shù)。如果大家閱讀過本號關于文件系統(tǒng)的文件的話，很清楚后者就是VFS中向頁緩存寫數(shù)據(jù)的函數(shù)。也就是說塊設備偽文件系統(tǒng)的邏輯與本地文件系統(tǒng)完全一致。

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