塊裝置（blockdevice）

--- 是一種具有一定結構的隨機存取裝置，對這種裝置的讀寫是按塊進行的，他使用緩衝區來存放暫時的資料，待條件成熟後，從快取一次性寫入裝置或者從裝置一次性讀到緩衝區。

字元裝置（Character device）

---是一個順序的資料流裝置，對這種裝置的讀寫是按字元進行的，而且這些字元是連續地形成一個數據流。他不具備緩衝區，所以對這種裝置的讀寫是實時的。

扇區(Sectors)：任何塊裝置硬體對資料處理的基本單位。通常，1個扇區的大小為512byte。（對裝置而言）

塊  (Blocks)：由Linux制定對核心或檔案系統等資料處理的基本單位。通常，1個塊由1個或多個扇區組成。（對Linux作業系統而言）

段(Segments)：由若干個相鄰的塊組成。是Linux記憶體管理機制中一個記憶體頁或者記憶體頁的一部分。

頁、段、塊、扇區之間的關係圖如下：

塊裝置驅動整體框架

 塊裝置的應用在Linux中是一個完整的子系統。

在Linux中，驅動對塊裝置的輸入或輸出(I/O)操作，都會向塊裝置發出一個請求，在驅動中用request結構體描述。但對於一些磁碟裝置而言請求的速度很慢，這時候核心就提供一種佇列的機制把這些I/O請求新增到佇列中（即：請求佇列），在驅動中用request_queue結構體描述。在向塊裝置提交這些請求前核心會先執行請求的合併和排序預操作，以提高訪問的效率，然後再由核心中的I/O排程程式子系統

由通用塊層(Generic Block Layer)負責維持一個I/O請求在上層檔案系統與底層物理磁碟之間的關係。在通用塊層中，通常用一個bio結構體來對應一個I/O請求。

Linux提供了一個gendisk資料結構體，用來表示一個獨立的磁碟裝置或分割槽，用於對底層物理磁碟進行訪問。在gendisk中有一個類似字元裝置中file_operations的硬體操作結構指標，是block_device_operations結構體

當多個請求提交給塊裝置時，執行效率依賴於請求的順序。如果所有的請求是同一個方向（如：寫資料），執行效率是最大的。核心在呼叫塊裝置驅動程式例程處理請求之前，先收集I/O請求並將請求排序，然後，將連續扇區操作的多個請求進行合併以提高執行效率（核心演算法會自己做，不用你管），對I/O請求排序的演算法稱為電梯演算法（elevator algorithm）。電梯演算法在I/O排程層完成。核心提供了不同型別的電梯演算法，電梯演算法有

1 noop（實現簡單的FIFO，基本的直接合並與排序）,
2 anticipatory（延遲I/O請求，進行臨界區的優化排序），
3 Deadline（針對anticipatory缺點進行改善，降低延遲時間）,
4 Cfq（均勻分配I/O頻寬，公平機制）

PS：其實IO排程層（包括請求合併排序演算法）是不需要使用者管的，核心已經做好

相關資料結構

block_device:      描述一個分割槽或整個磁碟對核心的一個塊裝置例項
gendisk:               描述一個通用硬碟（generic hard disk）物件。
hd_struct:             描述分割槽應有的分割槽資訊
bio:                        描述塊資料傳送時怎樣完成填充或讀取塊給driver
request:                描述向核心請求一個列表準備做佇列處理。
request_queue:  描述核心申請request資源建立請求連結串列並填寫BIO形成佇列。