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外观

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一、字符设备（以字节为单位进行输入输出） ​

字符设备没有固定的大小，也没有缓冲区，数据会立即被传输。

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字符设备驱动通过面向流的 I/O 接口，以字节流传输机制实现用户空间程序与设备之间的异步数据交互。此类设备在 Linux 系统中遵循 "Everything is a file" 的核心设计哲学，通过虚拟文件系统（VFS）框架在 /dev 目录下创建设备文件节点。

在内核实现层面，字符设备驱动以 struct cdev 抽象数据结构为核心，该结构体定义于 <linux/cdev.h> 系统头文件中：

c
struct cdev {
    struct kobject kobj;
    struct module *owner;
    const struct file_operations *ops;
    struct list_head list;
    dev_t dev;
    unsigned int count;
};

1、字符设备驱动的核心特点 ​

  1. 像文件一样使用：字符设备在 Linux 中被当作普通文件处理，用户可以通过读（read）、写（write）等文件操作命令直接与设备交互。
  2. 功能简单直接：主要处理单个字节或连续数据流（比如串口、键盘），不涉及复杂的数据块管理。
  3. 模块化开发：驱动通常以内核模块形式存在，可以动态加载/卸载。

2、如何创建和注册字符设备 ​

创建设备的步骤 ​

  • 分配设备号：每个设备都有唯一编号（主设备号 + 次设备号）。
  • 创建设备文件：用户通过 mknod 命令在文件系统中生成对应的设备文件。

注册到系统 ​

  • 定义功能接口：用 file_operations 结构体列出设备支持的操作。
  • 调用注册函数：用 register_chrdev 或 register_chrdev_region 告诉内核这个设备的存在。

3、设备文件方法 ​

内核通过 struct file_operations 结构，将设备功能包装成标准文件操作：

c
struct file_operations {
    int (*open)(设备, 参数);      // 打开设备时触发
    int (*read)(设备, 数据缓冲区); // 用户读数据时调用
    int (*write)(设备, 数据缓冲区); // 用户写数据时调用
    // 还有 close、ioctl 等其他方法...
};

总结

字符设备驱动 = 功能函数（如读写操作） + 设备注册（告诉内核设备存在） + 设备文件（让用户可见）。用户只需像操作普通文件一样，就能通过系统调用间接调用驱动中的功能。

二、块设备 ​

硬盘、U 盘属于块设备，以块为单位进行输入输出。块设备有缓冲区，数据下发以后会在缓冲区中缓存。块设备可以被分区，还可以格式化文件系统。

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块设备主要有以下两种：

  • 机械硬盘：读写单位是扇区。访问机械硬盘时需要首先移动磁头寻找磁道，然后转动盘片找到扇区。
  • 闪存类块设备：使用闪存作为存储介质。常见的闪存类块设备包括固态硬盘（SSD）、嵌入式多媒体存储卡（eMMC）和通用闪存存储（UFS）。

闪存（Flash Memory）的主要特点：

  • 在写入数据之前需要擦除一个擦除块
  • 一个擦除块的最大擦除次数有限（NOR 约 10^4~10^5 次，NAND 约 10^5~10^6 次）

三、网络设备 ​

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