linux课件-Linux 设备管理

Linux设备管理本课程将深入探讨Linux系统中的设备管理。我们将学习如何有效管理和操作各种硬件设备，从基本概念到高级技术。设备管理概述设备管理的重要性确保硬件与操作系统的有效通信，提高系统性能和稳定性。Linux设备管理特点灵活性强，支持多种设备类型，易于扩展和定制。设备管理的主要任务包括设备识别、驱动加载、资源分配和访问控制等。设备分类字符设备按字符流进行I/O操作的设备，如键盘、鼠标等。块设备以块为单位进行数据传输的设备，如硬盘、U盘等。网络设备用于网络通信的设备，如网卡、调制解调器等。主设备与次设备号主设备号标识设备驱动程序，决定处理该设备的内核代码。次设备号区分同类设备中的不同实例，由驱动程序解释使用。设备号作用内核通过设备号识别和管理系统中的各种设备。设备文件命名及类型命名规则通常位于/dev目录，名称反映设备类型和功能。文件类型包括字符设备文件、块设备文件和符号链接等。命名示例如/dev/sda表示第一个SCSI硬盘，/dev/tty表示终端设备。/dev目录结构1目录概述/dev是Linux系统中存放设备文件的特殊目录。2常见子目录包括input、disk、net等，用于组织不同类型的设备文件。3特殊设备文件如/dev/null、/dev/zero等，提供特殊的系统功能。设备创建工具mknod命令格式mknod[选项]名称类型主设备号次设备号常用选项-m设置权限，-Z设置安全上下文使用示例mknod/dev/mydevc101创建字符设备文件动态添加设备文件udev1udev系统Linux内核的设备管理器，动态创建和删除设备节点。2工作原理监听内核事件，根据规则自动管理/dev目录。3优势灵活、自动化，支持热插拔设备。udev规则概述1规则文件位置/etc/udev/rules.d/和/lib/udev/rules.d/目录下。2规则文件格式每行一条规则，包含匹配条件和执行动作。3规则优先级按文件名数字前缀排序，数字越小优先级越高。udev规则语法匹配键如KERNEL、SUBSYSTEM、ATTRS等，用于匹配设备属性。赋值键如NAME、SYMLINK、MODE等，用于设置设备属性。操作符==用于比较，=用于赋值，+=用于追加值。udev规则常见运用重命名设备使用NAME键为设备指定自定义名称。设置权限使用MODE键设置设备文件的访问权限。创建符号链接使用SYMLINK键为设备创建易记的符号链接。设备的访问与权限文件权限使用chmod命令设置设备文件的读、写、执行权限。所有者和组使用chown命令更改设备文件的所有者和组。ACL使用setfacl命令设置更细粒度的访问控制列表。设备的安全访问SELinux策略使用安全增强型Linux控制设备访问，提高系统安全性。AppArmor另一种Linux安全模块，用于限制程序的系统资源访问。PAM认证可插拔认证模块，用于设备访问的用户认证。字符设备驱动程序开发1驱动框架了解Linux内核中字符设备驱动的基本结构。2核心函数实现open、read、write等基本操作函数。3注册与注销使用register_chrdev和unregister_chrdev函数。字符设备驱动框架file_operations结构体定义设备支持的操作函数集。cdev结构体表示字符设备的内核内部结构。设备号管理使用alloc_chrdev_region动态分配设备号。注册字符设备驱动分配设备号使用alloc_chrdev_region函数获取设备号。初始化cdev调用cdev_init函数初始化cdev结构体。添加设备使用cdev_add函数将设备添加到系统。字符设备读写操作read函数实现从设备读取数据的逻辑。write函数实现向设备写入数据的逻辑。ioctl函数实现设备特定的控制命令。设备错误处理1错误码定义使用Linux标准错误码，如EINVAL、EIO等。2错误信息记录使用printk函数记录内核日志。3用户空间通知通过返回值和errno向用户空间传递错误信息。设备属性展示sysfs文件系统在/sys目录下创建设备属性文件。设备属性创建使用device_create_file函数创建属性文件。procfs接口在/proc目录下创建设备信息文件。块设备驱动程序开发1块设备特性支持随机访问，数据以块为单位传输。2请求队列管理I/O请求，优化磁盘访问效率。3块设备操作实现读取、写入和其他特定操作。块设备驱动框架gendisk结构表示一个磁盘设备，包含设备信息和操作函数。block_device_operations定义块设备支持的操作函数集。请求队列使用request_queue管理I/O请求。注册块设备驱动分配gendisk使用alloc_disk函数创建gendisk结构。设置操作函数初始化block_device_operations结构。添加磁盘调用add_disk函数将磁盘添加到系统。块设备读写操作bio结构表示块I/O操作，包含数据缓冲区和操作信息。请求处理实现request_fn函数处理I/O请求队列。直接I/O支持绕过页缓存的直接I/O操作。磁盘分区管理分区表类型支持MBR和GPT分区表格式。分区工具使用fdisk、parted等工具创建和管理分区。内核分区支持实现对多分区的支持，包括动态分区表重读。逻辑卷管理LVM1LVM概念提供灵活的磁盘空间管理。2物理卷和卷组将物理磁盘组织成卷组。3逻辑卷在卷组上创建可调整大小的逻辑卷。挂载文件系统mount命令手动挂载文件系统到指定目录。/etc/fstab文件配置开机自动挂载的文件系统。umount命令安全卸载已挂载的文件系统。硬盘阵列RAID管理软件RAID使用mdadm工具创建和管理软件RAID。RAID级别支持RAID0、1、5、6等多种级别。监控和维护定期检查RAID状态，处理磁盘故障。即插即用PnP设备管理1设备发现内核自动检测新插入的硬件设备。2驱动加载根据设备信息自动加载合适的驱动程序。3设备配置自动分配资源并配置设备参数。设备电源管理1ACPI支持实现高级配置与电源接口，管理设备电源状态。2休眠和唤醒支持设备的低功耗模式和快速恢复。3动态频率调节根据负载动态调整CPU和设备频率，节省能源。网络设备管理网络接口配置使用ip或ifconfig命令配置网络设备。无线网络管理使用iwconfig