/dev/loop与设备文件系统

摘要：在进行测试的时候，我们往往需要新建一些磁盘分区或者设备等，此时对硬盘进行重新划分往往不太方面。这种情况下，我们可以通过伪设备来实现循环挂载，从而达到目的。本文主要为你讲解什么是循环挂载，什么是虚拟设备，设备和文件系统有什么关系。

1.循环挂载

在类Unix系统中，/dev/loop（或称vnd (vnode disk)、lofi（循环文件接口））是一种伪设备，这种设备使得文件可以如同块设备一般被访问。

在使用之前，循环设备必须与现存文件系统上的文件相关联。这种关联将提供给用户一个应用程序接口，接口将允许文件视为块特殊文件（参见设备文件系统）使用。因此，如果文件中包含一个完整的文件系统，那么这个文件就能如同磁盘设备一般被挂载。

这种设备文件经常被用于光盘或是磁盘镜像。通过循环挂载来挂载包含文件系统的文件，便使处在这个文件系统中的文件得以被访问。这些文件将出现在挂载点目录。

2.可用性

在各种操作系统中循环设备的命名存在着一些混乱。各种类Unix操作系统中，功能性的循环设备被以不同的名字命名。

在Linux中，设备名按照相应设备驱动程序的符号表项进行命名。这些设备被叫做”loop“设备，设备节点通常命名为/dev/loop0, /dev/loop1之类。 静态设备目录可以用makedev脚本创建，或者动态地由设备文件系统(udev)设施创建。 循环设备的管理界面是 losetup，这是util-linux软件包的一部分。

有时，循环设备被错误地认为是回环设备，但是这个术语在Linux内核中是为网络设备保留的（参见回环设备）。循环设备的概念和回环设备不同，虽然在名字上有相似的地方。

在NetBSD和OpenBSD等BSD所派生的系统中，循环设备被称为“虚拟节点设备”或“vnd”，并且设备被置于 /dev/vnd0, /dev/rvnd0 或/dev/svnd0等处。在文件系统中，使用vnconfig程序来进行配置。

FreeBSD在发行版5之前和其他BSD系统一样遵守约定，之后循环设备便被纳入记忆磁盘设备（"md"）。目前使用mdconfig^[1]程序进行配置。

在Solaris/OpenSolaris中，循环设备被称为 "回环文件接口" 或 lofi,^[2] 位于 /dev/lofi/1等处。SunOS 拥有 lofiadm 配置程序。"lofi"驱动程序支持只读压缩和可读写的加密。 自从1988年夏季开始更有SunOS/Solaris平台的第三方驱动 "fbk"^[3] (文件模拟块设备,英文:File emulates Blockdevice)

Mac OS X实现了一个本地的镜像挂载机制并作为其随机访问磁盘设备的抽象。这些设备如同普通设备一样出现在 /dev 中，读写操作被送往一个用户模式的辅助进程，并由辅助进程负责读取和写入的操作。在用户界面中当打开磁盘镜像的时候自动被启用。这可以处理多种格式的盘片、CD-ROM 或 DVD 镜像。

在Microsoft Windows操作系统上并不能原生支持循环挂载（直到Windows 7，这个功能才被原生实现，并通过工具diskpart进行工作)。 ^[4] 然而，这项能力经常通过第三方程序得以实现，例如Daemon Tools 和 Alcohol 120% VMware的免费工具以及LTR Data (ImDisk)都可以实现类似的功能

3.实例

在目录上挂载包含文件系统的文件一般需要两步：

1. 用一个循环设备节点连接文件。
2. 在目录上挂载该循环设备

这两个操作既可以用两条命令来完成，也可以通过加上特殊的挂载符号的挂载命令来完成。第一个操作可以通过如Linux平台下的losetup^[5]或者是SunOS上的lofiadm^[6]命令完成。

例如，如果 example.img 是一个包含文件系统的常规文件，并且 /home/you/dir 是 Linux用户的目录，超级用户（root）或许可以通过执行如下的命令来将文件挂载在目录上：

losetup /dev/loop0 example.img mount /dev/loop0 /home/you/dir

其中第二条命令将设备挂载于目录 /home/you/dir。执行上述语句的效果便是文件被作为文件系统挂载，文件的内容出现在被挂载的目录中（以被挂载的目录作为根目录）。

此外 mount 工具常常可以胜任整个挂载的程序：

mount -o loop example.img /home/you/dir

之后设备便能用下列命令实现卸载：

umount /home/you/dir
# 或者通过诸如 mount | grep "/home/you/dir" 
# 或是 losetup -a | grep example.img 的查找找到与文件相关联的loop设备号码
# 并执行下列命令：（<N>代表设备号）
umount /dev/loop<N> 

在较底层的应用程序接口中，文件的关联与解除关联通过在循环设备上的ioctl 系统调用来实现。

4.设备文件

在类Unix操作系统中，设备文件系统允许软件通过标准输入输出系统调用与驱动程序交互，从而简化了许多任务。

设备文件系统包括设备文件、设备节点、设备特定文件，它们是驱动程序的接口，而在文件系统中，它们就像是普通文件。

5.设备

5.1块设备

块设备是指与系统间用块的方式移动数据的设备。这些设备节点通常代表可寻址设备，如硬盘、CD-ROM和内存区域。

块设备通常支持随机存取和寻址，并使用缓存器。操作系统为输入输出分配了缓存以存储一块数据。当程序向设备发送了读取或者写入数据的请求时，系统把数据中的每一个字符存储在适当的缓存中。当缓存被填满时，会采取适当的操作（把数据传走），而后系统清空缓存。

5.2字符设备

字符设备是指每次与系统传输1个字符的设备。这些设备节点通常为传真、虚拟终端和串口调制解调器之类设备提供流通信服务，它通常不支持随机存取数据。

字符设备在实现时，大多不使用缓存器。系统直接从设备读取／写入每一个字符。

5.3伪设备

在类Unix操作系统中，设备节点并不一定要对应物理设备。没有这种对应关系的设备是伪设备。操作系统运用了它们提供的多种功能。部份經常使用到的偽設備包括：

/dev/null

接受和丟棄所有輸入；即不產生任何輸出。

/dev/full

永遠在被填滿狀態的設備。

/dev/loop

Loop設備

/dev/zero

產生連續的NUL字元的串流(數值為0)。

/dev/random

產生一個虛假隨機的任意長度字元串流。(Blocking)

/dev/urandom

產生一個虛假隨機的任意長度字元串流。(Non-Blocking)

6.两个相关的linux命令

 6.1dd命令

 dd - convert and copy a file

 bs=BYTES
              read and write up to BYTES bytes at a time

if：inputfile

of：outputfile

6.2losetup命令

  losetup - set up and control loop devices

  Delete loop:
            losetup -d loopdev...
       Print name of first unused loop device:
            losetup -f