linux課件-Linux 設(shè)備管理

Linux設(shè)備管理本課程將深入探討Linux系統(tǒng)中的設(shè)備管理。我們將學(xué)習(xí)如何有效管理和操作各種硬件設(shè)備，從基本概念到高級(jí)技術(shù)。設(shè)備管理概述設(shè)備管理的重要性確保硬件與操作系統(tǒng)的有效通信，提高系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性。Linux設(shè)備管理特點(diǎn)靈活性強(qiáng)，支持多種設(shè)備類型，易于擴(kuò)展和定制。設(shè)備管理的主要任務(wù)包括設(shè)備識(shí)別、驅(qū)動(dòng)加載、資源分配和訪問(wèn)控制等。設(shè)備分類字符設(shè)備按字符流進(jìn)行I/O操作的設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)等。塊設(shè)備以塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備，如硬盤、U盤等。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用于網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)備，如網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等。主設(shè)備與次設(shè)備號(hào)主設(shè)備號(hào)標(biāo)識(shí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，決定處理該設(shè)備的內(nèi)核代碼。次設(shè)備號(hào)區(qū)分同類設(shè)備中的不同實(shí)例，由驅(qū)動(dòng)程序解釋使用。設(shè)備號(hào)作用內(nèi)核通過(guò)設(shè)備號(hào)識(shí)別和管理系統(tǒng)中的各種設(shè)備。設(shè)備文件命名及類型命名規(guī)則通常位于/dev目錄，名稱反映設(shè)備類型和功能。文件類型包括字符設(shè)備文件、塊設(shè)備文件和符號(hào)鏈接等。命名示例如/dev/sda表示第一個(gè)SCSI硬盤，/dev/tty表示終端設(shè)備。/dev目錄結(jié)構(gòu)1目錄概述/dev是Linux系統(tǒng)中存放設(shè)備文件的特殊目錄。2常見(jiàn)子目錄包括input、disk、net等，用于組織不同類型的設(shè)備文件。3特殊設(shè)備文件如/dev/null、/dev/zero等，提供特殊的系統(tǒng)功能。設(shè)備創(chuàng)建工具mknod命令格式mknod[選項(xiàng)]名稱類型主設(shè)備號(hào)次設(shè)備號(hào)常用選項(xiàng)-m設(shè)置權(quán)限，-Z設(shè)置安全上下文使用示例mknod/dev/mydevc101創(chuàng)建字符設(shè)備文件動(dòng)態(tài)添加設(shè)備文件udev1udev系統(tǒng)Linux內(nèi)核的設(shè)備管理器，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和刪除設(shè)備節(jié)點(diǎn)。2工作原理監(jiān)聽(tīng)內(nèi)核事件，根據(jù)規(guī)則自動(dòng)管理/dev目錄。3優(yōu)勢(shì)靈活、自動(dòng)化，支持熱插拔設(shè)備。udev規(guī)則概述1規(guī)則文件位置/etc/udev/rules.d/和/lib/udev/rules.d/目錄下。2規(guī)則文件格式每行一條規(guī)則，包含匹配條件和執(zhí)行動(dòng)作。3規(guī)則優(yōu)先級(jí)按文件名數(shù)字前綴排序，數(shù)字越小優(yōu)先級(jí)越高。udev規(guī)則語(yǔ)法匹配鍵如KERNEL、SUBSYSTEM、ATTRS等，用于匹配設(shè)備屬性。賦值鍵如NAME、SYMLINK、MODE等，用于設(shè)置設(shè)備屬性。操作符==用于比較，=用于賦值，+=用于追加值。udev規(guī)則常見(jiàn)運(yùn)用重命名設(shè)備使用NAME鍵為設(shè)備指定自定義名稱。設(shè)置權(quán)限使用MODE鍵設(shè)置設(shè)備文件的訪問(wèn)權(quán)限。創(chuàng)建符號(hào)鏈接使用SYMLINK鍵為設(shè)備創(chuàng)建易記的符號(hào)鏈接。設(shè)備的訪問(wèn)與權(quán)限文件權(quán)限使用chmod命令設(shè)置設(shè)備文件的讀、寫、執(zhí)行權(quán)限。所有者和組使用chown命令更改設(shè)備文件的所有者和組。ACL使用setfacl命令設(shè)置更細(xì)粒度的訪問(wèn)控制列表。設(shè)備的安全訪問(wèn)SELinux策略使用安全增強(qiáng)型Linux控制設(shè)備訪問(wèn)，提高系統(tǒng)安全性。AppArmor另一種Linux安全模塊，用于限制程序的系統(tǒng)資源訪問(wèn)。PAM認(rèn)證可插拔認(rèn)證模塊，用于設(shè)備訪問(wèn)的用戶認(rèn)證。字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)1驅(qū)動(dòng)框架了解Linux內(nèi)核中字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)。2核心函數(shù)實(shí)現(xiàn)open、read、write等基本操作函數(shù)。3注冊(cè)與注銷使用register_chrdev和unregister_chrdev函數(shù)。字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架file_operations結(jié)構(gòu)體定義設(shè)備支持的操作函數(shù)集。cdev結(jié)構(gòu)體表示字符設(shè)備的內(nèi)核內(nèi)部結(jié)構(gòu)。設(shè)備號(hào)管理使用alloc_chrdev_region動(dòng)態(tài)分配設(shè)備號(hào)。注冊(cè)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)分配設(shè)備號(hào)使用alloc_chrdev_region函數(shù)獲取設(shè)備號(hào)。初始化cdev調(diào)用cdev_init函數(shù)初始化cdev結(jié)構(gòu)體。添加設(shè)備使用cdev_add函數(shù)將設(shè)備添加到系統(tǒng)。字符設(shè)備讀寫操作read函數(shù)實(shí)現(xiàn)從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)的邏輯。write函數(shù)實(shí)現(xiàn)向設(shè)備寫入數(shù)據(jù)的邏輯。ioctl函數(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備特定的控制命令。設(shè)備錯(cuò)誤處理1錯(cuò)誤碼定義使用Linux標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤碼，如EINVAL、EIO等。2錯(cuò)誤信息記錄使用printk函數(shù)記錄內(nèi)核日志。3用戶空間通知通過(guò)返回值和errno向用戶空間傳遞錯(cuò)誤信息。設(shè)備屬性展示sysfs文件系統(tǒng)在/sys目錄下創(chuàng)建設(shè)備屬性文件。設(shè)備屬性創(chuàng)建使用device_create_file函數(shù)創(chuàng)建屬性文件。procfs接口在/proc目錄下創(chuàng)建設(shè)備信息文件。塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)1塊設(shè)備特性支持隨機(jī)訪問(wèn)，數(shù)據(jù)以塊為單位傳輸。2請(qǐng)求隊(duì)列管理I/O請(qǐng)求，優(yōu)化磁盤訪問(wèn)效率。3塊設(shè)備操作實(shí)現(xiàn)讀取、寫入和其他特定操作。塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架gendisk結(jié)構(gòu)表示一個(gè)磁盤設(shè)備，包含設(shè)備信息和操作函數(shù)。block_device_operations定義塊設(shè)備支持的操作函數(shù)集。請(qǐng)求隊(duì)列使用request_queue管理I/O請(qǐng)求。注冊(cè)塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)分配gendisk使用alloc_disk函數(shù)創(chuàng)建gendisk結(jié)構(gòu)。設(shè)置操作函數(shù)初始化block_device_operations結(jié)構(gòu)。添加磁盤調(diào)用add_disk函數(shù)將磁盤添加到系統(tǒng)。塊設(shè)備讀寫操作bio結(jié)構(gòu)表示塊I/O操作，包含數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和操作信息。請(qǐng)求處理實(shí)現(xiàn)request_fn函數(shù)處理I/O請(qǐng)求隊(duì)列。直接I/O支持繞過(guò)頁(yè)緩存的直接I/O操作。磁盤分區(qū)管理分區(qū)表類型支持MBR和GPT分區(qū)表格式。分區(qū)工具使用fdisk、parted等工具創(chuàng)建和管理分區(qū)。內(nèi)核分區(qū)支持實(shí)現(xiàn)對(duì)多分區(qū)的支持，包括動(dòng)態(tài)分區(qū)表重讀。邏輯卷管理LVM1LVM概念提供靈活的磁盤空間管理。2物理卷和卷組將物理磁盤組織成卷組。3邏輯卷在卷組上創(chuàng)建可調(diào)整大小的邏輯卷。掛載文件系統(tǒng)mount命令手動(dòng)掛載文件系統(tǒng)到指定目錄。/etc/fstab文件配置開(kāi)機(jī)自動(dòng)掛載的文件系統(tǒng)。umount命令安全卸載已掛載的文件系統(tǒng)。硬盤陣列RAID管理軟件RAID使用mdadm工具創(chuàng)建和管理軟件RAID。RAID級(jí)別支持RAID0、1、5、6等多種級(jí)別。監(jiān)控和維護(hù)定期檢查RAID狀態(tài)，處理磁盤故障。即插即用PnP設(shè)備管理1設(shè)備發(fā)現(xiàn)內(nèi)核自動(dòng)檢測(cè)新插入的硬件設(shè)備。2驅(qū)動(dòng)加載根據(jù)設(shè)備信息自動(dòng)加載合適的驅(qū)動(dòng)程序。3設(shè)備配置自動(dòng)分配資源并配置設(shè)備參數(shù)。設(shè)備電源管理1ACPI支持實(shí)現(xiàn)高級(jí)配置與電源接口，管理設(shè)備電源狀態(tài)。2休眠和喚醒支持設(shè)備的低功耗模式和快速恢復(fù)。3動(dòng)態(tài)頻率調(diào)節(jié)根據(jù)負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整CPU和設(shè)備頻率，節(jié)省能源。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理網(wǎng)絡(luò)接口配置使用ip或ifconfig命令配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理使用iwconfig