1.块设备是针对存储设备的，比如 SD 卡、 EMMC、 NAND Flash、 Nor Flash、 SPI Flash、机械硬盘、固态硬盘等。因此块设备驱动其实就是这些存储设备驱动，块设备驱动相比字符设备驱动的主要区别如下：
①、块设备只能以块为单位进行读写访问，块是 linux 虚拟文件系统(VFS)基本的数据传输单位。字符设备是以字节为单位进行数据传输的，不需要缓冲。
②、块设备在结构上是可以进行随机访问的，对于这些设备的读写都是按块进行的，块设备使用缓冲区来暂时存放数据，等到条件成熟以后在一次性将缓冲区中的数据写入块设备中。
这么做的目的为了提高块设备寿命，大家如果仔细观察的话就会发现有些硬盘或者 NAND Flash就会标明擦除次数(flash 的特性，写之前要先擦除)，比如擦除 100000 次等。因此，为了提高块设备寿命而引入了缓冲区，数据先写入到缓冲区中(所以linux中对存储设备操作完，需要使用sync同步，才能写入将数据写入到存储设备，不然可能数据还在缓存区中)，等满足一定条件后再一次性写入到真正的物理存储设备中，这样就减少了对块设备的擦除次数，提高了块设备寿命。

2.字符设备是顺序的数据流设备，字符设备是按照字节进行读写访问的。字符设备不需要缓冲区，对于字符设备的访问都是实时的，而且也不需要按照固定的块大小进行访问。

3.块设备结构的不同其 I/O 算法也会不同，比如对于 EMMC、 SD 卡、 NAND Flash 这类没有任何机械设备的存储设备就可以任意读写任何的扇区(块设备物理存储单元)。但是对于机械硬盘这样带有磁头的设备，读取不同的盘面或者磁道里面的数据，磁头都需要进行移动，因此对于机械硬盘而言，将那些杂乱的访问按照一定的顺序进行排列可以有效提高磁盘性能， linux 里面针对不同的存储设备实现了不同的 I/O 调度算法。

4.linux驱动程序中字符设备和块设备的三点区别
​1)字符设备只能以字节为最小单位访问，而块设备以块为单位访问，例如512字节，1024字节等
2)块设备可以随机访问，但是字符设备不可以
3)字符和块没有访问量大小的限制，块也可以以字节为单位来访问

5.驱动

5.1驱动入口函数

static int __init ramdisk_init(void)
{

    int ret = 0;
    /* 1、先申请内存 */
    ramdisk.ramdiskbuf = kzalloc(RAMDISK_SIZE, GFP_KERNEL);

    /* 2、注册块设备 */
    ramdisk.major = register_blkdev(0, RAMDISK_NAME); 

    /* 3、申请gendisk */
    ramdisk.gendisk = alloc_disk(RAMDISK_MINOR);
	   
    /* 4、初始化自旋锁 */
    spin_lock_init(&ramdisk.lock);

    /* 5、申请并初始化请求队列 */
    ramdisk.queue = blk_init_queue(ramdisk_request_fn, &ramdisk.lock);

    /* 6、初始化 gendisk */
    ramdisk.gendisk->major = ramdisk.major;      /* 主设备号 */
    ramdisk.gendisk->first_minor = 0;            /* 起始次设备号 */
    ramdisk.gendisk->fops = &ramdisk_fops;       /* 操作函数 */
    ramdisk.gendisk->private_data = &ramdisk;    /* 私有数据 */
    ramdisk.gendisk->queue = ramdisk.queue;      /* 请求队列 */
    sprintf(ramdisk.gendisk->disk_name, RAMDISK_NAME); /* 名字(拷贝名字) */
	
    set_capacity(ramdisk.gendisk, RAMDISK_SIZE/512);   /* 设置gendisk容量，单位扇区 */
	
    add_disk(ramdisk.gendisk); /* 向内核添加一个磁盘设备 */

    return 0;

blk_queue_fail:
    put_disk(ramdisk.gendisk); 
gendisk_alloc_fail:
    unregister_blkdev(ramdisk.major, RAMDISK_NAME);
ramdisk_register_blkdev_fail:
    kfree(ramdisk.ramdiskbuf);  /* 释放内存 */
ramalloc_fail:
    return ret;
}

5.2定义设备结构体

/* ramdisk设备结构体 */
struct ramdisk_dev{
    int major;                    /* 主设备号 */
    unsigned char *ramdiskbuf;    /* 模拟磁盘的空间 */
    struct gendisk *gendisk;      /* 描述一个磁盘设备 */
    struct request_queue *queue;  /* 请求队列 */
    spinlock_t lock;              /* 自旋锁 */
};

5.3块设备请求处理函数

/* 请求函数 */
static void ramdisk_request_fn(struct request_queue *q)
{
    int err = 0;
    struct request *req;

	req = blk_fetch_request(q);  /* 有电梯调度算法， */
	while (req) {
    
        /* 具体的数据读写操作 */
        ramdisk_transfer(req);

	    /* 判断是否为最后一个请求，如果不是的话就获取下一个请求循环处理完请求队列中的所有请求。*/
        if (!__blk_end_request_cur(req, err))
			req = blk_fetch_request(q);
    }
}

5.4具体的块数据读写操作

static void ramdisk_transfer(struct request *req)
{
    /* 数据传输三要素：源，目的(地)，长度。*/

    unsigned long start = blk_rq_pos(req) << 9;  
    unsigned long len  = blk_rq_cur_bytes(req); 


    void *buffer = bio_data(req->bio);  

    if (rq_data_dir(req) == READ)       /* 读操作(读数据 ) */ 
		memcpy(buffer, ramdisk.ramdiskbuf + start, len);    
	else                                /* 写操作(写数据) */
		memcpy(ramdisk.ramdiskbuf + start, buffer, len);      
}

5.5块设备操作集

/* 块设备操作集 */
static const struct block_device_operations ramdisk_fops =
{
	.owner		= THIS_MODULE,
	.open		= ramdisk_open,    
	.release	= ramdisk_release,
    .getgeo     = ramdisk_getgeo,  /* 获取磁盘信息，包括磁头、柱面和扇区等信息。 */
};

6.驱动测试

6.1查看磁盘设备：fdisk -l

 

6.2格式化/dev/ramdisk

格式化完成以后就可以挂载/dev/ramdisk 来访问了，挂载点可以自定义，这里就将其挂
载到/tmp

6.3 挂载设备：mount /dev/ramdisk /tmp/disk_test/

6.4卸载设备：umount /dev/ramdisk

 

6.5卸载设备后，重新挂载设备，查看存储设备中的内容是否还存在。

 

7.根目录下文件简单介绍：

7.1、/bin目录：binary(二进制的)：许多指令对应的可执行程序文件目录。

7.2、/sbin目录：super binary超级的二进制许多指令对应可执行程序文件目录，该目录文件对应指令都是root用户可以执行的指令普通用户不能使用该目录里的命令：普通用户 用$开发、root用户 用#开头。

7.3、/usr目录：unix system resource，Unix系统资源文件目录，该目录类似于Windows系统的C:/Program files目录，该目录经常用于安装各种软件，软件安装完毕会形成对应的指令，该指令对应的可执行程序文件就存放在以下目录。/usr/bin许多指令对应的可执行程序文件目录/usr/sbin root用户执行的指令对应的可执行程序文件目录。

7.4、/dev目录：device系统硬件设备目录，Linux系统所有的硬件都通过文件表示，比如：/dev/cdrom是光驱/dev/sda 是第一块scsi硬盘。

7.5、/home目录：存放所有用户文件的根目录，是用户主目录的基点，比如用户user的主目录就是/home/user，可以用~user表示。

7.6、/proc目录：内存映射目录，该目录可以查看系统的相关信息。

7.7、/var目录：用于存放运行时需要改变数据的文件，也是某些大文件的溢出区，比如说各种服务的日志文件等。

7.8、/boot目录：系统启动核心目录，用于储存系统启动文件。

7.9、/etc目录：存放系统管理和配置文件，比如：/ect/passwd 用于存储用户信息的文件、/etc/group 用于存储组别信息的文件。

7.10、/lib目录：存放跟文件系统中的程序运行所需要的共享库及内核模块。共享库又叫作动态链接共享库，作用类似Windows里的.dll文件，存放了根文件系统程序运行所需的共享文件。

7.11、/mnt目录：系统管理员安装临时文件系统的安装点，系统提供这个目录是让用户临时挂载其他的文件系统。

7.12、/tmp目录：用于存放各种临时文件，是公用的临时文件存储点。