基本概念
块设备（Block device）
--- 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。
字符设备（Character device）
--- 是一个顺序的数据流设备，对这种设备的读写是按字符进行的，而且这些字符是连续地形成一个数据流。他不具备缓冲区，所有对这种设备的读写是实时的。
扇区（Sectors）：任何块设备硬件对数据处理的基本单位。通常，1个社区的大小为512byte。（对设备而言）
块（Blocks）：由Linux指定对内核或文件系统等数据处理的基本单元。通常，1个块由1个或多个扇区组成。（对Linux操作系统而言）
段（Segments）：由若干相邻的块组成。是Linux内存管理机制总一个内存也或者内存页的一部分。
页、段、块、扇区之间的关系图如下：
块设备驱动整体框架
块设备的应用在Linux中是一个完整的子系统。
在Linux中，驱动对块设备的输入或输出（I/O）操作，都会想块设备发出一个请求，在驱动中用 request 结构体描述。但对于一些磁盘设备而言请求的速度很慢，这时候内核就提供一种队列的机制把这些 I/O 请求添加到队列中（即：请求队列），在驱动中用 request_queue 结构体描述。在向块设备提交这些请求前内核会执行请求的合并和排序预操作，以提高访问的效率，然后再由内核中的 I/O 调度程序子系统来负责提交 I/O 请求，调度程序将磁盘资源分配给系统中所有挂起的块 I/O 请求，其工作是管理块设备的请求队列，决定队列中的请求的排列顺序以及什么时候派发请求到设备。
由通用块层（Generic Block Layer）负责维持一个 I/O 请求在上层文件系统与底层屋里磁盘之间的关系。在通用块层中，通常用一个bio结构体来对应一个I/O请求。
Linux提供了一个 gendisk 数据结构体，用来表示一个独立的磁盘设备或分区，用于对底层物理磁盘进行访问。在 gendisk 中又一个类似字符设备中 file_operations 的硬件操作结构指针，是 block_device_operations结构体。
当多个请求提交给块设备时，执行效率依赖与请求的顺序。如果所有的请求是同一个方向（如：写数据），执行效率是最大的。内核在调用块设备驱动程序例程处理请求之前，先收集 I/O 请求并将请求排序，然后，将连续扇区操作的多个请求进行合并以提高执行效率（内核算法会自己做，不用你管），对 I/O 请求排序的算法称为电梯算法（elevator algorithm）。电梯算法在 I/O 调度层完成。内核提供了不同类型的电梯算法，电梯算法有：
- noop（实现简单的 FIFO，基本的直接合并与排序）
- anticipatory（延迟I/O请求，进行临界区的优化排序）
- Deadline（针对anticipatory缺点进行改善，降低延迟时间）
- Cfq（均匀分配I/O带宽，公平机制）
PS：其实IO调度层（包括请求合并排序算法）是不需要用户管的，内核已经做好
相关数据结构
block_device：描述一个分区或整个磁盘对内核的一个块设备实例
gendisk：描述一个通用硬盘（generic hard disk）对象。
hd_struct：描述分区应有的分区信息
bio：描述块数据传送时怎样完成填充或读取块给 driver
request：描述向内核请求一个列表准备做队列处理
request_queue：描述内核申请request资源建立请求链表并填写BIO形成队列。