块设备驱动块是Linux下3大设备驱动框架之一,块设备主要是针对存储类型的设备设计的驱动,配合文件系统完成数据存储。在应用层的cp、cd、touch、vim、mount等等可以操作文件,可以操作目录的命令都会通过文件系统,通过块设备驱动完成对底层存储设备的访问,实现数据读取或者写入。
1、字符设备驱动: 当我们的应用层读写(read()/write())字符设备驱动时,是按字节/字符来读写数据的,期间没有任何缓存区,因为数据量小,不能随机读取数据,例如:按键、LED、鼠标、键盘等 2、块设备: 块设备是i/o设备中的一类, 当我们的应用层对该设备读写时,是按扇区大小来读写数据的,若读写的数据小于扇区的大小,就会需要缓存区, 可以随机读写设备的任意位置处的数据,例如 普通文件(.txt,.c等),硬盘,U盘,SD卡。 3、块设备结构: 段(Segments):由若干个块组成。是Linux内存管理机制中一个内存页或者内存页的一部分。 块 (Blocks): 由Linux制定对内核或文件系统等数据处理的基本单位。通常由1个或多个扇区组成。(对Linux操作系统而言) 扇区(Sectors):块设备的基本单位。通常在512字节到32768字节之间,默认512字节 应用程序进行文件的读写,通过文件系统将文件的读写转换为块设备驱动操作硬件。
本节目的: 通过分析块设备驱动的框架,知道如何来写驱动 1.之前我们学的都是字符设备驱动,先来回忆一下 字符设备驱动: 当我们的应用层读写(read()/write())字符设备驱动时,是按字
由于不同块设备(如磁盘,机械硬盘等)有着不同的设备驱动程序,为了让文件系统有统一的读写块设备接口,Linux实现了一个 通用块层。如下图中的红色部分:
块是一种具有一定结构的随机存取设备,对这种设备的读写是按块进行的,他使用缓冲区来存放暂时的数据,待条件成熟后,从缓存一次性写入设备或者从设备一次性读到缓冲区。 块设备是与字符设备并列的概念, 这两类设备在 Linux 中驱动的结构有较大差异,总体而言, 块设备驱动比字符设备驱动要复杂得多,在 I/O 操作上表现出极大的不同,缓冲、 I/O 调度、请求队列等都是与块设备驱动相关的概念。
传统的机械硬盘一般为3.5英寸硬盘,并由多个圆形蝶片组成,每个蝶片拥有独立的机械臂和磁头,每个堞片的圆形平面被划分了不同的同心圆,每一个同心圆称为一个磁道,位于最外面的道的周长最长称为外道,最里面的道称为内道,通常硬盘厂商会将圆形蝶片最靠里面的一些内道(速度较慢,影响性能)封装起来不用;道又被划分成不同的块单元称为扇区,每个道的周长不同,现代硬盘不同长度的道划分出来的扇区数也是不相同的,而磁头不工作的时候一般位于内道,如果追求响应时间,则数据可存储在硬盘的内道,如果追求大的吞吐量,则数据应存储在硬盘的外道;
背景 计算机硬件性能在过去十年间的发展普遍遵循摩尔定律,通用计算机的CPU主频早已超过3GHz,内存也进入了普及DDR4的时代。然而传统硬盘虽然在存储容量上增长迅速,但是在读写性能上并无明显提升,同时SSD硬盘价格高昂,不能在短时间内完全替代传统硬盘。传统磁盘的I/O读写速度成为了计算机系统性能提高的瓶颈,制约了计算机整体性能的发展。 硬盘性能的制约因素是什么?如何根据磁盘I/O特性来进行系统设计?针对这些问题,本文将介绍硬盘的物理结构和性能指标,以及操作系统针对磁盘性能所做的优化,最后讨论下基于磁盘I/O
早期硬盘每个扇区以512字节为标准。新一代硬盘扇区容量为4096个字节,也就是所说的4k扇区。 硬盘标准更新,但操作系统一直使用的是512字节扇区的标准,所以硬盘厂商为了保证兼容性,把4k扇区模拟成512字节扇区。 通常文件系统的块(簇)是512字节的倍数,新的系统基本上都设成了4k的倍数。比如Linux的簇一般也是4k。 簇到扇区的映射关系变成了 簇(4k)->512B扇区->4k扇区,这就可能造成簇到扇区映射错位。
传统的文件系统,是直接访问存储数据的硬件介质的。介质不关心也无法去关心这些数据的组织方式以及结构,因此用的是最简单粗暴的组织方式:所有数据按照固定的大小分块,每一块赋予一个用于寻址的编号。
结合这个图,想想Linux系统编程里用到的Buffered IO、mmap(2)、Direct IO,这些机制怎么和Linux IO栈联系起来呢?上面的图有点复杂,我画一幅简图,把这些机制所在的位置添加进去:
在 Linux 系统中一切皆文件,除了通常所说的狭义的文件以外,目录、设备、套接字和管道等都是文件。
概述 运行在用户态的应用程序需要经常访问磁盘数据,进行读写操作,由于磁盘(HDD)相对较慢,没有任何缓存的情况下,每次应用读写操作时延页非常慢;在内核设计之初,添加了缓存设计,将磁盘数据保存在RAM中,后续的读写操作转换为在RAM中的操作,从而加快应用读写操作的速度。 页高速缓存(Page Cache)的用途是加速访问文件数据,给定inode索引节点和文件的页面的偏移量,快速的在内存中找到文件页的内容。这个Page Cache是存在于VFS和实际文件系统之间。如果应用指定了O_DIRECT方式访问文件,则直
编辑手记:本文主要讲解Linux IO调度层的三种模式:cfp、deadline和noop,并给出各自的优化和适用场景建议。 作者简介: 邹立巍 Linux系统技术专家。目前在腾讯SNG社交网络运营部
[TOC] 0x01 基础信息 描述:本文主要针对以下方面的进行记录学习 (1) 对象存储、文件存储和块存储介绍与区别? (2) 0x02 多种存储类型差异 Q:对象存储、文件存储和块存储介绍?
https://blog.csdn.net/baimafujinji/article/details/78810042
我们知道,日常中我们的台式机、笔记本电脑上的磁盘都会有几百G的容量,这种磁盘一般都是机械磁盘,即使用一些精密的机械部件组成的磁盘。而近几年来,越来越多的笔记本电脑中内置了固态磁盘,固态磁盘又称SSD磁盘。
这三者的本质差别是使用数据的“用户”不同:块存储的用户是可以读写块设备的软件系统,例如传统的文件系统、数据库;文件存储的用户是自然人;对象存储的用户则是其它计算机软件。
文件,在Linux中一切皆文件,普通的文件和目录、块设备、管道和Socket都是交给文件系统管理。
研究IO也很久了,一直无法串联bio和块设备驱动,只知道bio经过IO调度算法传递到块设备驱动,怎么过去的,IO调度算法在哪里发挥作用,一直没有完全搞明白,查看了很多资料,终于对块设备驱动有所理解,也打通了bio到块设备。
块设备架构 通用块设备层: 负责从文件系统层传递下来的磁盘O请求,用户态发起的读写操作,经过vfs到实际文件系统ext4,最终需要经过通用块设备层,实际文件系统传递过来的IO操作是通过submit_bio将bio结构传递给通用块设备层。submit_bio将bio请求到磁盘request请求的转换(请求的合并和IO优化),并将request请求挂入到磁盘请求的队列中,然后进行处理。 IO 调度层:负责磁盘IO调度的优化,目前内核支持noop(先来先处理)、cfq(按照每个进程的IO请求的公平原则,基于数据量
原文链接:https://rumenz.com/rumenbiji/linux-free.html
原文链接:https://rumenz.com/rumenbiji/linux-free.html 微信公众号:入门小站
Block Layer层在整个I/O中负责承上启下,上接文件系统,下接块驱动。 我不想直接讨论代码,希望从一个架构的演变来初探一下Block Layer层。
这本书是个人看过的讲操作系统底层里面讲的最通俗易懂的了,但是200多页的内容确实讲不了多深的内容,所以不要对这本书抱有过高期待,当一个入门书了解即可。
在 Linux 系统中,传统的访问方式是通过 write() 和 read() 两个系统调用实现的,通过 read() 函数读取文件到到缓存区中,然后通过 write() 方法把缓存中的数据输出到网络端口。
本文主要是《Linux内核设计与实现》这本书的读书笔记,这本书我读了不下十遍,但依然感觉囫囵吞枣。我结合自己的理解,从这本书中整理出了一些运维应该了解的内核知识,希望对大家能够有所帮助。另外,推荐大家读下这边书,这本书主要讲内核设计、实现原理和方法,有利于理解内核的一些机理。
哈哈,没错,我们现在处于信息时代,每天都在和电脑、手机打交道。我们的工作和生活,已经完全离不开视频、音乐、图片、文本、表格这样的数据文件。
介绍 Linux IO 的一些基本原理。 作者:arraywang,腾讯 CSIG 我们先看一张图: 这张图大体上描述了 Linux 系统上,应用程序对磁盘上的文件进行读写时,从上到下经历了哪些事情。 这篇文章就以这张图为基础,介绍 Linux 在 I/O 上做了哪些事情。 文件系统 什么是文件系统 文件系统,本身是对存储设备上的文件,进行组织管理的机制。组织方式不同,就会形成不同的文件系统。比如常见的 Ext4、XFS、ZFS 以及网络文件系统 NFS 等等。 但是不同类型的文件系统标准和接
free 命令显示系统内存的使用情况,包括物理内存、交换内存(swap)和内核缓冲区内存。
我的 Linux系统上有多少可用 RAM内存?是否有足够的可用内存来安装和运行新应用程序? 在 Linux系统中,可以使用free命令获取系统内存使用情况的详细报告。 free命令显示系统使用和空闲的内存情况,包括物理内存、交互区内存(swap)和内核缓冲区内存
Linux 内核包含4个IO调度器,分别是 Noop IO scheduler、Anticipatory IO scheduler、Deadline IO scheduler 与 CFQ IO scheduler。
即使看了所有的Linux 内核文章,估计也还不是很明白,这时候,还是需要fucking the code.
在计算机的世界里,我们可以将业务进行抽象简化为两种场景——计算密集型和IO密集型。这两种场景下的表现,决定这一个计算机系统的能力。数据库作为一个典型的基础软件,它的所有业务逻辑同样可以抽象为这两种场景的混合。因此,一个数据库系统性能的强悍与否,往往跟操作系统和硬件提供的计算能力、IO能力紧密相关。
如果你觉得这些问题都很简单,都能很明确的回答上来。那么很遗憾这篇文章不是为你准备的,你可以关掉网页去做其他更有意义的事情了。如果你觉得无法明确的回答这些问题,那么就耐心地读完这篇文章,相信不会浪费你的时间。受限于个人时间和文章篇幅,部分议题如果我不能给出更好的解释或者已有专业和严谨的资料,就只会给出相关的参考文献的链接,请读者自行参阅。
如果您是 Linux 新手或打算放弃 Windows 并切换到 Linux 的人,那么本文将对您很有用,这篇分步文章将引导您完成在 Linux 中将主目录移动到新分区或驱动器的过程。
1.vmstat--虚拟内存统计 vmstat(VirtualMeomoryStatistics,虚拟内存统计) 是Linux中监控内存的常用工具,可对操作系统的虚拟内存、进程、CPU等的整体情况进行监视。
Linux 中的各种事物比如像文档、目录(Mac OS X 和 Windows 系统下称之为文件夹)、键盘、监视器、硬盘、可移动媒体设备、打印机、调制解调器、虚拟终端,还有进程间通信(IPC)和网络通信等输入/输出资源都是定义在文件系统空间下的字节流。 一切都可看作是文件,其最显著的好处是对于上面所列出的输入/输出资源,只需要相同的一套 Linux 工具、实用程序和 API。你可以使用同一套api(read, write)和工具(cat , 重定向, 管道)来处理unix中大多数的资源. 设计一个系统的终极目标往往就是要找到原子操作,一旦锁定了原子操作,设计工作就会变得简单而有序。“文件”作为一个抽象概念,其原子操作非常简单,只有读和写,这无疑是一个非常好的模型。通过这个模型,API的设计可以化繁为简,用户可以使用通用的方式去访问任何资源,自有相应的中间件做好对底层的适配。 现代操作系统为解决信息能独立于进程之外被长期存储引入了文件,文件作为进程创建信息的逻辑单元可被多个进程并发使用。在 UNIX 系统中,操作系统为磁盘上的文本与图像、鼠标与键盘等输入设备及网络交互等 I/O 操作设计了一组通用 API,使他们被处理时均可统一使用字节流方式。换言之,UNIX 系统中除进程之外的一切皆是文件,而 Linux 保持了这一特性。为了便于文件的管理,Linux 还引入了目录(有时亦被称为文件夹)这一概念。目录使文件可被分类管理,且目录的引入使 Linux 的文件系统形成一个层级结构的目录树
我们之前的文章提到了操作系统的三个抽象,它们分别是进程、地址空间和文件,除此之外,操作系统还要控制所有的 I/O 设备。操作系统必须向设备发送命令,捕捉中断并处理错误。它还应该在设备和操作系统的其余部分之间提供一个简单易用的接口。操作系统如何管理 I/O 是我们接下来的重点。
通常磁盘的读写影响是由磁头到柱面移动造成了延迟,解决这种延迟内核主要采用两种策略:缓存和IO调度算法来进行弥补。
Linux有Linux kernal,我们的客户端,进行连接,首先到达的是Linux kernal,在Linux的早期版本,只有read和write进行文件读写。我们使用一个线程/进程 进行调用read和write函数,那么将会返回一个文件描述符fd(file description)。我们开启线程/进程去调用read进行读取。因为socket在这个时期是blocking(阻塞的),遇到高并发,就会阻塞,也就是bio时期。
由于存储介质的特性,磁盘本身存取就比主存慢,再加上机械运动耗费,磁盘的存取速度往往是主存的几百分之一甚至几千分支一
先讲一个作者大约5-6年前我在某当时很火的一个应用分发创业公司的面试小插曲,该公司安排了一个刚工作1年多的一个同学来面我,聊到我们项目中的配置文件里写的一个开关,这位同学就跳出来说,你这个读文件啦,每个用户请求来了还得多一次的磁盘IO,性能肯定差。借由这个故事其实我发现了一个问题,虽然我们中的大部分人都是计算机科班出身,代码也写的很遛。但是在一些看似司空见惯的问题上,我们中的绝大多数人并没有真正理解,或者理解的不够透彻。
领取专属 10元无门槛券
手把手带您无忧上云