識別 Linux上的設備（磁盤）類型

原文鏈接：https://www.cnblogs.com/sammyliu/p/5729026.html

1. Linux 上的設備 （device）

Linux 操作系統中，各種設備驅動（device driver）通過設備控制器（device controller）來管理各種設備（device），其關系如下圖所示：

這些設備之中，

• 受同一個 device driver 管理的設備都有相同的 major number，這個數字可以看作設備的類別號碼，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一個設備都有不同的 minor number，這個數字可以看作設備編號，被設備驅動用來識別每個設備

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），提供緩沖式（buffered）的設備訪問。
• 面向字節的字符設備驅動 （byte oriented char device driver），有時也稱為裸設備（raw devices），提供非緩沖的直接的設備訪問（unbuffered direct access），比如串口設備，攝像頭，聲音設備等。實際上，除了網絡設備和存儲設備以外的其它設備都是某種字符設備。

除此以外，還有一類設備，稱為偽設備（pseudo device），它們是軟件設備。Linux 上的 device 不一定要有硬件設備，比如 /dev/null, /dev/zero 等。

關於字符設備和塊設備的更多區別：

• 塊設備只能以塊為單位接受輸入和返回輸出，而字符設備則以字節為單位。大多數設備是字符設備，因為它們不需要緩沖而且不以固定塊大小進行操作。
• 塊設備對於I/O 請求有對應的緩沖區，因此它們可以選擇以什么順序進行響應，字符設備無須緩沖且被直接讀寫。對於存儲設備而言調 讀寫的順序作用巨大，因為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，而塊設備可以隨機訪問。雖然塊設備可隨機訪問，但是對於磁盤這類機械設備而言，順序地組織塊設備的訪問可以提高性能。

用戶空間的各種應用是通過 device driver 來操作設備的：

如果再詳細一些就是這樣的：

（圖片來源）

從這個圖上可以看出：

• 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 作為應用層的接口
• 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）作為應用層的接訪問口
• 字符設備驅動之上，分別有 Line discipline 和 terminals，其中，terminals 作為和應用的訪問接口

Linux 系統中“一切皆文件”。每個設備，在 /dev 目錄中都有對一個設備文件（device file），比如 /dev/sda 表示第一個 SCSI/IDE 盤，/dev/vda 表示第一個 virtio 磁盤。應用程序通過訪問這些設備文件像操作文件一樣來訪問這些設備，可以使用的接口包括：

• 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，設備驅動可以被動態加載和刪除

• 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，以及所有依賴
• 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，可以從 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，后面的 175 表示 minor number。

2.2 major 和 minor 值的設置

歷史上，設備的 major number 采用的是注冊制，各設備廠家在 http://www.lanana.org/ 中注冊他們的設備所使用的 major number。從 http://www.lanana.org/docs/device-list/devices-2.6+.txt 中還可以看出來 linux 2.6 內核中所分配的靜態major numbers。

但是，現在，這個注冊網站已經沒有人維護了，取而代之的是動態分配制度。分配者是linux 內核的 udev 模塊。它將保證在本系統中，<major number>：<minor number>的組合是唯一的，而在這個范圍之外，它不會保證其惟一性。一旦分配好了后，你就可以從 /proc/device 文件中讀出所分配的 major numbers，比如：

 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

根據以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進制數字轉化為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

從輸出可以看出，/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。從中可以看出 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 個以內時，增長至 ‘vdz’；如果超過 26，則從 ’vdaa‘ 一直增長至 ’vdzz‘；最高可以增長到 ’vdzzz‘。
• 名稱在設備被加載后被確定，在重新加載或者系統重啟后會重新生成，因此對同一個設備其名稱可能會發生變化。我的另一篇文章 理解 QEMU/KVM 和 Ceph（3）：存儲卷掛接和設備名稱 談到了這種變化導致的問題。

（2）major number 是通過向內核注冊來獲取的

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，用於注冊一個塊設備，需要指定主設備號。如果指定的設備號為0，則會由系統自動分配一個。該方法調用之后，就可以在/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);