字符设备、块设备和网络设备

最新推荐文章于 2025-03-26 16:34:27 发布

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在Linux内核中，设备分为几类，最常见的包括字符设备、块设备和网络设备。它们各自有不同的功能和使用场景。下面是对这些设备类型的概念、特点及常见例子的详细说明。

字符设备

字符设备是一个能够像字节流一样被访问的设备，由字符设备驱动程序来实现这种特性。字符设备驱动程序通常至少要实现打开、关闭、读取和写入系统调用。
字符设备是一个顺序访问的，只有在设备响应后才能读到相应信息。
不能随机访问，且每个字符设备都有一个设备号，设备号由主设备号和次设备号组成。常见的字符设备如串口、IIC等。
字符设备的对应的文件都在/dev目录下，每一个文件对应一个硬件。在linux系统中/dev目录下使用ls -l命令查看详细信息，第一个字母“c”为字符设备文件的标识。
在这里插入图片描述

特点：

顺序读写：字符设备以字节为单位进行顺序读写，不支持随机访问。
实时性强：通常用于与实时设备交互，适合处理实时数据。
无缓存：字符设备没有类似块设备那样的缓存功能，数据直接传输。

常见例子：

串口设备：如 /dev/ttyS0，用于与串行设备（如调制解调器）进行通信。
终端设备：如 /dev/tty，用于用户与操作系统之间的交互。
随机数生成器：如 /dev/random 和 /dev/urandom，用于生成伪随机数。
音频设备：如 /dev/dsp，用于处理音频输入/输出。
鼠标和键盘设备：如 /dev/input/mice 和 /dev/input/event0，用于处理用户输入设备的数据。

块设备 (Block Devices)

和字符设备类似，块设备也是通过/dev目录下的文件系统节点来访问。
块设备上能够容纳文件系统。常见的块设备如磁盘、emmc flash、nand flash、 SD卡等。每个块设备同样有r–+’/h涡阳【5片【一个设备号，设备号由主设备号和次设备号组成。在linux系统中/dev目录下使用ls -l命令查看详细信息，第一个字母“b”为块设备文件的标识。/dev下每个块设备文件对应一个磁盘的分区。

在这里插入图片描述
块设备是一类以数据块为单位进行读写操作的设备。块设备通常用于存储设备，支持大规模数据的处理，并且能够进行随机读写。数据在块设备上通过块（通常为512字节或更大）传输，块设备通常带有缓存功能，能够优化大数据量的存取操作。

特点：

随机读写：块设备允许以数据块为单位进行随机读写操作，适合处理大容量数据。
缓存支持：数据可以先写入缓存，再批量写入存储设备，提升性能。
适用于存储设备：块设备通常用于磁盘存储、分区等场景。

常见例子：

硬盘设备：如 /dev/sda，用于连接硬盘或固态硬盘的设备节点。
分区设备：如 /dev/sda1，表示硬盘的逻辑分区。
USB存储设备：如 /dev/sdb，用于管理外部USB存储设备。
光驱设备：如 /dev/sr0，用于CD/DVD驱动器的设备节点。

网络设备 (Network Devices)

任何网络相关的事务都要经过一个网络接口，即一个能够与其他主机交换数据的设备。通常，接口是个硬件设备，但也可能是纯软件设备，比如在ifconfig查看网口信息的时候有一个lo，就是网络回环(loopback)接口。访问网络接口的方法是给它们分配一个唯一的名字，比如eth0、eth1、lo等。但这个名字在文件系统中不存在相应的节点。
网络接口没有像字符设备和块设备一样的设备号，只有一个唯一的名字，如eth0、eth1等，而这个名字也不需要与设备文件节点对应。内核使用一套与数据包传输相关的函数来与网络设备驱动程序通信，它们不同于字符设备和块设备的read()和write()方法。
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网络设备是一类用于网络通信的设备，它们与字符设备和块设备不同，不直接涉及文件系统，而是用于通过网络传输数据。网络设备使用专门的协议栈（如TCP/IP协议）来处理数据的封装、传输和解封装，广泛用于局域网、广域网和互联网的数据交换。