识别 Linux上的设备（磁盘）类型

1. Linux 上的设备 （device）

Linux 操做系统中，各类设备驱动（device driver）经过设备控制器（device controller）来管理各类设备（device），其关系以下图所示：

这些设备之中，

• 受同一个 device driver 管理的设备都有相同的 major number，这个数字能够看做设备的类别号码，被内核用于识别一类设备
• 受同一个 device driver 管理的同一类设备中的每个设备都有不一样的 minor number，这个数字能够看做设备编号，被设备驱动用来识别每一个设备

设备驱动主要有三大类：

• 面向包的网络设备驱动（package oriented network device driver）
• 面向块的存储设备驱动（block oriented storage device driver），提供缓冲式（buffered）的设备访问。
• 面向字节的字符设备驱动 （byte oriented char device driver），有时也称为裸设备（raw devices），提供非缓冲的直接的设备访问（unbuffered direct access），好比串口设备，摄像头，声音设备等。实际上，除了网络设备和存储设备之外的其它设备都是某种字符设备。

除此之外，还有一类设备，称为伪设备（pseudo device），它们是软件设备。Linux 上的 device 不必定要有硬件设备，好比 /dev/null, /dev/zero 等。

关于字符设备和块设备的更多区别：

• 块设备只能以块为单位接受输入和返回输出，而字符设备则以字节为单位。大多数设备是字符设备，由于它们不须要缓冲并且不以固定块大小进行操做。
• 块设备对于I/O 请求有对应的缓冲区，所以它们能够选择以什么顺序进行响应，字符设备无须缓冲且被直接读写。对于存储设备而言调 读写的顺序做用巨大，由于在读写连续的扇区比分离的扇区更快。
• 字符设备只能被顺序读写，而块设备能够随机访问。虽然块设备可随机访问，可是对于磁盘这类机械设备而言，顺序地组织块设备的访问能够提升性能。

用户空间的各类应用是经过 device driver 来操做设备的：

若是再详细一些就是这样的：

（图片来源）

从这个图上能够看出：

• 网络设备驱动之上，分别有包调度器（packet scheduler），网络协议层（network protocols），NetFilter （防火墙）和 scoket 层，其中，网络设备驱动以 socket 做为应用层的接口
• 块设备驱动之上，分别有 I/O Scheduler，通用块层（generic block layer）和文件系统，其中，块设备驱动以设备文件 （device file）做为应用层的接访问口
• 字符设备驱动之上，分别有 Line discipline 和 terminals，其中，terminals 做为和应用的访问接口

Linux 系统中“一切皆文件”。每一个设备，在 /dev 目录中都有对一个设备文件（device file），好比 /dev/sda 表示第一个 SCSI/IDE 盘，/dev/vda 表示第一个 virtio 磁盘。应用程序经过访问这些设备文件像操做文件同样来访问这些设备，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 系统上，设备驱动能够被动态加载和删除

• lsmod - 列出当前已经被加载的模块
• insmod <module_file> - insert/load 指定的模块文件
• modprobe <module> - insert/load 指定的 module，以及全部依赖
• rmmod <module> - remove/unload 指定的module

2. Linux 设备的 major 和 minor number

2.1 用 ls 获取

上文谈到了 major 和 number。简单地，能够从 ls 命令的输出中看出 device 的这两个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' 开头的一行表示该设备是一个字符设备，以 'b' 开头的行表示这是一个块设备。
• 10,175 这两个数字中，前面的 10 表示 major number，后面的 175 表示 minor number。

2.2 major 和 minor 值的设置

历史上，设备的 major number 采用的是注册制，各设备厂家在 http://www.lanana.org/ 中注册他们的设备所使用的 major number。从 http://www.lanana.org/docs/device-list/devices-2.6+.txt 中还能够看出来 linux 2.6 内核中所分配的静态major numbers。

可是，如今，这个注册网站已经没有人维护了，取而代之的是动态分配制度。分配者是linux 内核的 udev 模块。它将保证在本系统中，<major number>：<minor number>的组合是惟一的，而在这个范围以外，它不会保证其唯一性。一旦分配好了后，你就能够从 /proc/device 文件中读出所分配的 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. 根据 major 和 minior numbers 识别磁盘类型

3.1 识别过程

根据如下步骤来识别磁盘类型：

（1）使用 stat 命令获取设备文件的 major 和 minor numbers。注意结果是16进制。

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）将16进制数字转化为10进制，并拼接字符串 /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）调用 readlink -f 命令，获取 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

从输出能够看出，/dev/vda 和 /dev/vdb 都是 virtio-block 类型的设备，而 /dev/sda 是 sd 即 SCSI 类型的设备。 

常见的命名：

• fd：软驱
• hd：IDE 磁盘
• sd：SCSI 磁盘
• tty：terminals
• vd：virtio 磁盘

 3.2 virtio block driver 的实现

virtio-blk 驱动的实现代码在 https://github.com/spotify/linux/blob/master/drivers/block/virtio_blk.c。从中能够看出 major 和 minor number 分配，以及设备命名的方法。

（1）设备命名方法

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);
    }

可见：

• virtio-blk 设备的名称以 ‘vd’ 开头。从  ‘vda’ 开始递增，数目在 26 个之内时，增加至 ‘vdz’；若是超过 26，则从 ’vdaa‘ 一直增加至 ’vdzz‘；最高能够增加到 ’vdzzz‘。
• 名称在设备被加载后被肯定，在从新加载或者系统重启后会从新生成，所以对同一个设备其名称可能会发生变化。个人另外一篇文章 理解 QEMU/KVM 和 Ceph（3）：存储卷挂接和设备名称 谈到了这种变化致使的问题。

（2）major number 是经过向内核注册来获取的

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

register_blkdev 这个方法是内核系统调用，用于注册一个块设备，须要指定主设备号。若是指定的设备号为0，则会由系统自动分配一个。该方法调用以后，就能够在/proc/devices文件中看到该块设备以及它的 major number。

（3）minor number 是由设备的 index （索引）转化而来的

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

 

 

参考连接：

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