識別 Linux上的設備（磁盤）類型

1. Linux 上的設備 （device）

Linux 操做系統中，各類設備驅動（device driver）經過設備控制器（device controller）來管理各類設備（device），其關係以下圖所示：

這些設備之中，

• 受同一個 device driver 管理的設備都有相同的 major number，這個數字能夠看做設備的類別號碼，被內核用於識別一類設備
• 受同一個 device driver 管理的同一類設備中的每個設備都有不一樣的 minor number，這個數字能夠看做設備編號，被設備驅動用來識別每一個設備

設備驅動主要有三大類：

• 面向包的網絡設備驅動（package oriented network device driver）
• 面向塊的存儲設備驅動（block oriented storage device driver），提供緩衝式（buffered）的設備訪問。
• 面向字節的字符設備驅動 （byte oriented char device driver），有時也稱爲裸設備（raw devices），提供非緩衝的直接的設備訪問（unbuffered direct access），好比串口設備，攝像頭，聲音設備等。實際上，除了網絡設備和存儲設備之外的其它設備都是某種字符設備。

除此之外，還有一類設備，稱爲僞設備（pseudo device），它們是軟件設備。Linux 上的 device 不必定要有硬件設備，好比 /dev/null, /dev/zero 等。

關於字符設備和塊設備的更多區別：

• 塊設備只能以塊爲單位接受輸入和返回輸出，而字符設備則以字節爲單位。大多數設備是字符設備，由於它們不須要緩衝並且不以固定塊大小進行操做。
• 塊設備對於I/O 請求有對應的緩衝區，所以它們能夠選擇以什麼順序進行響應，字符設備無須緩衝且被直接讀寫。對於存儲設備而言調 讀寫的順序做用巨大，由於在讀寫連續的扇區比分離的扇區更快。
• 字符設備只能被順序讀寫，而塊設備能夠隨機訪問。雖然塊設備可隨機訪問，可是對於磁盤這類機械設備而言，順序地組織塊設備的訪問能夠提升性能。

用戶空間的各類應用是經過 device driver 來操做設備的：

若是再詳細一些就是這樣的：

（圖片來源）

從這個圖上能夠看出：

• 網絡設備驅動之上，分別有包調度器（packet scheduler），網絡協議層（network protocols），NetFilter （防火牆）和 scoket 層，其中，網絡設備驅動以 socket 做爲應用層的接口
• 塊設備驅動之上，分別有 I/O Scheduler，通用塊層（generic block layer）和文件系統，其中，塊設備驅動以設備文件 （device file）做爲應用層的接訪問口
• 字符設備驅動之上，分別有 Line discipline 和 terminals，其中，terminals 做爲和應用的訪問接口

Linux 系統中「一切皆文件」。每一個設備，在 /dev 目錄中都有對一個設備文件（device file），好比 /dev/sda 表示第一個 SCSI/IDE 盤，/dev/vda 表示第一個 virtio 磁盤。應用程序經過訪問這些設備文件像操做文件同樣來訪問這些設備，可使用的接口包括：

• int open(const char *path, int oflag, ... )
• int close(int fd);
• ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbyte)
• ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbyte)
• int ioctl(int d, int request, ...)

在 Linux 系統上，設備驅動能夠被動態加載和刪除

• lsmod - 列出當前已經被加載的模塊
• insmod <module_file> - insert/load 指定的模塊文件
• modprobe <module> - insert/load 指定的 module，以及全部依賴
• rmmod <module> - remove/unload 指定的module

2. Linux 設備的 major 和 minor number

2.1 用 ls 獲取

上文談到了 major 和 number。簡單地，能夠從 ls 命令的輸出中看出 device 的這兩個numbers：

root@controller:/home/sammy# cd /dev
root@controller:/dev# ls -l
total 0 crw------- 1 root root     10, 175 Jul 18 15:24 agpgart
crw------- 1 root root     10, 235 Jul 18 15:24 autofs
brw-rw---- 1 root disk      7,   5 Jul 18 15:24 loop5
brw-rw---- 1 root disk      7,   6 Jul 18 15:24 loop6
brw-rw---- 1 root disk      8,   0 Jul 18 15:24 sda
brw-rw---- 1 root disk      8,   1 Jul 18 15:24 sda1
brw-rw---- 1 root disk      8,   2 Jul 18 15:24 sda2
brw-rw---- 1 root disk      8,   5 Jul 18 15:24 sda5
crw--w---- 1 root tty       4,  10 Jul 18 15:24 tty10
crw--w---- 1 root tty       4,  11 Jul 18 15:24 tty11

• 以  'c' 開頭的一行表示該設備是一個字符設備，以 'b' 開頭的行表示這是一個塊設備。
• 10,175 這兩個數字中，前面的 10 表示 major number，後面的 175 表示 minor number。

2.2 major 和 minor 值的設置

歷史上，設備的 major number 採用的是註冊制，各設備廠家在 http://www.lanana.org/ 中註冊他們的設備所使用的 major number。從 http://www.lanana.org/docs/device-list/devices-2.6+.txt 中還能夠看出來 linux 2.6 內核中所分配的靜態major numbers。

可是，如今，這個註冊網站已經沒有人維護了，取而代之的是動態分配製度。分配者是linux 內核的 udev 模塊。它將保證在本系統中，<major number>：<minor number>的組合是惟一的，而在這個範圍以外，它不會保證其唯一性。一旦分配好了後，你就能夠從 /proc/device 文件中讀出所分配的 major numbers，好比：

 2 pty
 3 ttyp
 4 ttyS
 6 lp
 7 vcs
 10 misc
 13 input
 14 sound
 21 sg
180 usbBlock devices:
 2 fd
 8 sd
 11 sr
 65 sd
 66 sd

3. 根據 major 和 minior numbers 識別磁盤類型

3.1 識別過程

根據如下步驟來識別磁盤類型：

（1）使用 stat 命令獲取設備文件的 major 和 minor numbers。注意結果是16進制。

root@u1:/dev# stat -c %T /dev/vda #minor number 0
root@u1:/dev# stat -c %T /dev/vdb
10
root@u1:/dev# stat -c %T /dev/sda
0
root@u1:/dev# stat -c %t /dev/vda #major number
fd
root@u1:/dev# stat -c %t /dev/vdb
fd
root@u1:/dev# stat -c %t /dev/sda
8

（2）將16進制數字轉化爲10進制，並拼接字符串 /sys/dev/block/$decmajor:$minor/device/driver

/sys/dev/block/253:0/device/driver
/sys/dev/block/253:16/device/driver
/sys/dev/block/8:0/device/driver

（3）調用 readlink -f 命令，獲取 device driver

root@u1:/dev# readlink -f /sys/dev/block/253:0/device/driver
/sys/bus/virtio/drivers/virtio_blk

root@u1:/dev# readlink -f /sys/dev/block/253:16/device/driver
/sys/bus/virtio/drivers/virtio_blk

root@u1:/dev# readlink -f /sys/dev/block/8:0/device/driver
/sys/bus/scsi/drivers/sd

從輸出能夠看出，/dev/vda 和 /dev/vdb 都是 virtio-block 類型的設備，而 /dev/sda 是 sd 即 SCSI 類型的設備。 

常見的命名：

• fd：軟驅
• hd：IDE 磁盤
• sd：SCSI 磁盤
• tty：terminals
• vd：virtio 磁盤

 3.2 virtio block driver 的實現

virtio-blk 驅動的實現代碼在 https://github.com/spotify/linux/blob/master/drivers/block/virtio_blk.c。從中能夠看出 major 和 minor number 分配，以及設備命名的方法。

（1）設備命名方法

if (index < 26) {
        sprintf(vblk->disk->disk_name, "vd%c", 'a' + index % 26);
    } else if (index < (26 + 1) * 26) {
        sprintf(vblk->disk->disk_name, "vd%c%c",
            'a' + index / 26 - 1, 'a' + index % 26);
    } else {
        const unsigned int m1 = (index / 26 - 1) / 26 - 1;
        const unsigned int m2 = (index / 26 - 1) % 26;
        const unsigned int m3 =  index % 26;
        sprintf(vblk->disk->disk_name, "vd%c%c%c",
            'a' + m1, 'a' + m2, 'a' + m3);
    }

可見：

• virtio-blk 設備的名稱以 ‘vd’ 開頭。從  ‘vda’ 開始遞增，數目在 26 個之內時，增加至 ‘vdz’；若是超過 26，則從 ’vdaa‘ 一直增加至 ’vdzz‘；最高能夠增加到 ’vdzzz‘。
• 名稱在設備被加載後被肯定，在從新加載或者系統重啓後會從新生成，所以對同一個設備其名稱可能會發生變化。個人另外一篇文章 理解 QEMU/KVM 和 Ceph（3）：存儲卷掛接和設備名稱 談到了這種變化致使的問題。

（2）major number 是經過向內核註冊來獲取的

static int __init init(void)
{
    major = register_blkdev(0, "virtblk");
    if (major < 0)
        return major;
    return register_virtio_driver(&virtio_blk);
}

register_blkdev 這個方法是內核系統調用，用於註冊一個塊設備，須要指定主設備號。若是指定的設備號爲0，則會由系統自動分配一個。該方法調用以後，就能夠在/proc/devices文件中看到該塊設備以及它的 major number。

（3）minor number 是由設備的 index （索引）轉化而來的

vblk->disk->first_minor = index_to_minor(index);

 

 

參考連接：

• https://en.wikipedia.org/wiki/Device_file