内核学习之路【4/100】-io

01、块设备：

系统中能随机访问固定大小数据片的硬件设备称为块设备，这些固定大小数据片就称为块设 备，常见的就是硬盘。

02、字符设备:

字符流的方式被有序访问，比如串口和键盘。

区别在于是否可以随机访问数据。

03、块设备复杂的管理要求，会对系统性能带来很大的影响，这部分优化有很大的空间，

所有我们要讨论如何对块设备和块设备请求进行管理。这部分在内核中称为io层。

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物理、文件系统、内核寻址方式不同，

1、文件系统用block，物理寻址按照lba，内核的磁盘操作按照块进行。

2、文件系统block（非ssd的block）->按照lba进行寻址。

3、内核中的块和页，和ssd中概念不一致。（一般页大于等于块)和ssd中概念不同。

层次关系

应用程序层
    ↓ 使用：文件路径 + 偏移
文件系统层          → 使用：逻辑块号（在分区内）
    ↓ 转换：块号 → LBA
块设备层            → 使用：LBA（全局）
    ↓ 发送：SCSI/NVMe命令
磁盘驱动层
    ↓ 传输：LBA + 数据
SSD固件层（FTL）    → 使用：LBA（仍为逻辑地址）
    ↓ 映射：LBA → 物理位置
SSD物理层          → 使用：NAND Page/Block

1、缓冲区与缓冲区头

当前一个块被调入内存时候，在读入后或等待写出时，他要存储在缓冲区中。每个缓冲区与一个块对应，它相当于是磁盘块在内存中的表示。内核在·处理数据时需要一些相关的控制信息，比如块属于哪个块设备，块对应那个缓冲区等。每个缓冲区都有一个描述符，改描述符用buffer_head结构体表示，称为缓冲区头，在文件linux/buffer_head.h中定义。包含了内核操作缓冲区所需要的全部信息。