字符设备、块设备、裸(RAW)设备

    系统中能够随机（不需要按顺序）访问固定大小数据片（chunks）的设备被称作块设备，这些数据片就称作块。最常见的块设备是硬盘，除此以外，还有软盘驱动器、CD-ROM驱动器和闪存等等许多其他块设备。注意，它们都是以安装文件系统的方式使用的——这也是块设备一般的访问方式。

另一种基本的设备类型是字符设备。字符设备按照字符流的方式被有序访问，像串口和键盘就都属于字符设备。如果一个硬件设备是以字符流的方式被访问的话，那就应该将它归于字符设备；反过来，如果一个设备是随机（无序的）访问的，那么它就属于块设备。

这两种类型的设备的根本区别在于它们是否可以被随机访问——换句话说就是，能否在访问设备时随意地从一个位置跳转到另一个位置。举个例子，键盘这种设备提供的就是一个数据流，当你敲入“fox” 这个字符串时，键盘驱动程序会按照和输入完全相同的顺序返回这个由三个字符组成的数据流。如果让键盘驱动程序打乱顺序来读字符串，或读取其他字符，都是没 有意义的。所以键盘就是一种典型的字符设备，它提供的就是用户从键盘输入的字符流。对键盘进行读操作会得到一个字符流，首先是“f”，然后是“o”，最后是“x”，最终是文件的结束(EOF)。当没人敲键盘时，字符流就是空的。硬盘设备的情况就不大一样了。硬盘设备的驱动可能要求读取磁盘上任意块的内容，然后又转去读取别的块的内容，而被读取的块在磁盘上位置不一定要连续，所以说硬盘可以被随机访问，而不是以流的方式被访问，显然它是一个块设备。

   内核管理块 设备要比管理字符设备细致得多，需要考虑的问题和完成的工作相比字符设备来说要复杂许多。这是因为字符设备仅仅需要控制一个位置—当前位置—而块设备访问 的位置必须能够在介质的不同区间前后移动。所以事实上内核不必提供一个专门的子系统来管理字符设备，但是对块设备的管理却必须要有一个专门的提供服务的子 系统。不仅仅是因为块设备的复杂性远远高于字符设备，更重要的原因是块设备对执行性能的要求很高；对硬盘每多一分利用都会对整个系统的性能带来提升，其效 果要远远比键盘吞吐速度成倍的提高大得多。另外，我们将会看到，块设备的复杂性会为这种优化留下很大的施展空间。

     简单来讲，块设备可以随机存取，而字符设备不能随机存取，那裸设备又该如何解释呢？

     难道裸设备，如磁盘裸设备也不能随机读取吗？那在数据库中用裸设备建一个2g的数据文件，为了存取最后一个数据块，难道oracle还要把前面的所有数据块都读一遍，显然不符合事实，如果这样解释呢，操作系统不能随机读取，并不意味着数据库也不能随机读取。

    块设备通过系统缓存进行读取，不是直接和物理磁盘读取。

    字符设备可以直接物理磁盘读取。不经过系统缓存。（如键盘，直接相应中断）

 

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字符设备、块设备、裸设备、RAW设备  
第一，字符设备是指在I/O传输过程中以字符为单位进行传输的设备，例如键盘，打印机等。请注意，以字符为单位并不一定意味着是以字节为单位，因为有的编码规则规定，1个字符占16比特，合2个字节。

在UNIX系统中，字符设备以特别文件方式在文件目录树中占据位置并拥有相应的i结点。i结点中的文件类型指明该文件是字符设备文件。可以使用与普通文件相同的文件操作命令对字符设备文件进行操作，例如打开、关闭、读、写等。

当一台字符型设备在硬件上与主机相连之后，必须为这台设备创建字符特别文件。操作系统的mknod命令被用来建立设备特别文件。例如为一台终端创建名为/dev/tty03的命令如下(设主设备号为2，次设备为13，字符型类型标记c)：

mknod /dev/tty03 c 2 13

此后，open, close, read, write等系统调用适用于设备文件/dev/tty03。

设备与驱动程序的通信方式依赖于硬件接口。当设备上的数据传输完成时，硬件通过总线发出中断信号导致系统执行一个中断处理程序。中断处理程序与设备驱动程序协同工作完成数据传输的底层控制。


第二，裸设备，也叫裸分区（原始分区），是一种没有经过格式化，不被Unix通过文件系统来读取的特殊字符设备。本文收集裸设备和Oracle问答20例。

1．什么叫做裸设备？

裸设备，也叫裸分区（原始分区），是一种没有经过格式化，不被Unix通过文件系统来读取的特殊字符设备。它由应用程序负责对它进行读写操作。不经过文件系统的缓冲。

2．如何辨别裸设备？

在Unix的/dev 目录下，有许多文件，其中有两个大类：字符设备文件和块设备文件。

字符设备特殊文件进行I/O操作不经过操作系统的缓冲区，而块设备特殊文件用来同外设进行定长的包传输。字符特殊文件与外设进行I/o操作时每次只传输一个字符。而对于块设备特殊文件来说，它用了cache机制，在外设和内存之间一次可以传送一整块数据。裸设备使用字符特殊文件。在/dev 目录下，你可以看到许多这样的文件。

3．使用裸设备的好处

因为使用裸设备避免了再经过Unix操作系统这一层，数据直接从Disk到Oracle进行传输，所以使用裸设备对于读写频繁的数据库应用来说，可以极大地提高数据库系统的性能。当然，这是以磁盘的 I/O 非常大，磁盘I/O已经称为系统瓶颈的情况下才成立。如果磁盘读写确实非常频繁，以至于磁盘读写成为系统瓶颈的情况成立，那么采用裸设备确实可以大大提高性能，最大甚至可以提高至40％，非常明显。

而且，由于使用的是原始分区，没有采用文件系统的管理方式，对于Unix维护文件系统的开销也都没有了，比如不用再维护I-node，空闲块等，这也能够导致性能的提高。

4．如何决定是否应该使用裸设备？

判断是否使用裸设备要从以下方面进行考虑：首先，数据库系统本身需要已经被比较好的经过了优化。优化是一门很有些技术的话题，很难简单地讲述。其次，使用 Unix命令来辨别是否存在磁盘读写瓶颈。比如Unix的vmstat, sar 等命令都可以较好的进行鉴别。如果决定采用裸设备，需要磁盘上还有空闲的分区。否则，就要新添磁盘，或者对原有系统重新规划。

5．什么系统必须使用裸设备？

如果使用了Oracle 并行服务器选项，则必须采用裸设备来存放所有的数据文件，控制文件，重做日志文件。只有把这些文件放到裸设备上，才能保证所有Oracle 实例都可以读取这个数据库的文件。这是由Unix操作系统的特性决定的。

还有一种情况是，如果你想使用异步I/O，那么在有些Unix上也必须采用裸设备。这个需要参考具体Unix的相关文档。

6．能够使用一个磁盘的第一个分区作为裸设备吗？

可以，但是不推荐。在Unix的比较旧的版本是银行，磁盘的第一个分区常常包含这个磁盘的一些信息，以及逻辑卷的一些控制信息。若这些部分被裸设备覆盖的话，磁盘就会变得不可识别，导致系统崩溃。

较新的Unix版本不会发生这样的情况，因为它们采用了更复杂的技术来管理磁盘，逻辑卷的一些信息。

但是，除非很确信不要使用磁盘的第一个分区来作为裸设备。

7．我可以把整个裸设备都作为Oracle的数据文件吗？

不行。必须让数据文件的大小稍微小于该裸设备的实际大小。至少要空出两个oracle块的大小来。

8．裸设备应该属于那个用户？

应该由root来创建裸设备，然后再分配给Oracle用户以供使用。同时还要把它归入Oracle用户所在的那个组里边（通常都是DBA）。

9．在创建数据文件时如何指定裸设备？

和普通文件没有什么太大的区别，一样都是在单引号里边写上裸设备的详细路径就可以了。举一个例子：要在创建一个表空间，使用两个裸设备，每个分别为30M的大小，Oracle块的大小为4K，可以用下面的命令：
CREATE TABLESPACE RAW_TS
DATAFILE '/dev/raw1' size 30712k
DATAFILE '/dev/raw2' size 30712k;

10.Oracle块的大小和裸设备有什么关系吗？

Oracle会必须是裸设备上物理块大小的倍数。

11．如何在裸设备上进行备份？

在裸设备上，不能使用Unix实用程序来进行备份，唯一的办法是使用最基本的Unix命令：DD来进行备份。比如：dd if=/dev/raw1 of=/dev/rmt0 bs=16k。dd的具体语法可以参考unix手册，或者联机帮助。你也可以先用dd把裸设备上的数据文件备份到磁盘上，然后再利用Unix实用程序进一步处理。

12．如果我没有使用Oracle并行服务器选项，我可以在数据库上让一部分数据文件使用文件系统，另一部分使用裸设备吗？

可以。但是这样的话，会使备份过程更加复杂。

13．我应该把联机重做日志文件放到裸设备上吗？

这是一个极好的选择。联机重做日志文件是写操作非常频繁的文件，放到裸设备上非常合适。如果你使用了并行服务器选项，那么联机重做日志文件必须放到裸设备上面。

14．可以把归档日志文件放到裸设备上吗？

不行。归档日志文件必须放到常规的Unix文件系统上面，或者直接放到磁带上面去。

15．我可以在裸设备上边放置多个数据文件吗？

不行。所以你必须在设置裸设备时非常小心。太小的话，会导致空间很快用完，太大的话，空间就白白浪费了。

16．因应该把几个裸设备放到同一个物理磁盘上吗？

这样做不好。因为使用裸设备就是为了提高磁盘读写速度。而把多个裸设备放到同一个物理磁盘上会导致读写竞争，这样对于提高I/O速度是不利的。应该尽量分散裸设备到不同的物理磁盘上，最好是分散到不同的磁盘控制器上。这是最佳选择。

17．需要把所有裸设备都定义成同样的大小吗？

这不是必须得，但是划分成同样的大小对于管理数据库比较有利。

18．为了在Unix上使用裸设备，我需要改变Unix核心参数吗？

不需要。但可以选择减小缓冲区的大小，如果没有别的应用也在同一台Unix机器上运行。因为运用了裸设备以后，不再使用Unix的系统缓冲区。

19．为了提高读写速度，在操作系统级别上，还有什么办法可以采取吗？

使用RAID（廉价冗余磁盘阵列）也是非常有效的办法，尤其实那种读写非常频繁的系统。

20．在考虑了以上所有方面后，还能有什么办法可以提高性能的吗？

这就需要对Oracle 进行优化，并且购买更多的磁盘和磁盘控制器，来分散I/O到不同的磁盘上。
第三，RAW设备（同2，就是指裸设备）

 

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