在本实验中，你将学习在 Linux 环境中探索、识别和检查硬件设备的核心技能。你将通过强大的命令行工具进行实战演练，深入理解操作系统如何与物理组件进行交互。本实验的目标是帮助你建立 Linux 硬件管理的基础知识，这对于系统管理、性能调优和故障排查至关重要。
你将首先使用 lsblk 和 lshw 列出块设备，以获取存储设备的概览。随后，你将使用 udevadm 检查详细的设备属性和规则。接着，本实验将引导你查看 PCI 和 SCSI 总线层级结构，了解设备的连接方式。最后，你将通过研究 /proc 和 /sys 虚拟文件系统来深入了解底层系统信息，从内核的角度全面审视系统硬件。
在这一步中，你将学习如何识别和列出连接到系统的块设备。块设备是以固定大小的块为单位传输数据的存储设备，例如硬盘、固态硬盘和 USB 闪存盘。我们将使用两个常用的命令来实现这一目的：lsblk 和 lshw。
首先，让我们使用 lsblk 命令以树状结构查看所有可用的块设备。该命令通过读取 sysfs 文件系统和 udev 数据库来收集信息。
在终端中执行 lsblk 命令：
lsblk你将看到类似如下的输出，其中列出了设备及其包含的任何分区。
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
loop0 7:0 0 89.4M 1 loop /snap/lxd/31333
loop1 7:1 0 4K 1 loop /snap/bare/5
loop2 7:2 0 63.9M 1 loop /snap/core20/2318
loop3 7:3 0 242.9M 1 loop /snap/firefox/2710
loop4 7:4 0 244.5M 1 loop /snap/firefox/2800
loop5 7:5 0 349.7M 1 loop /snap/gnome-3-38-2004/140
loop6 7:6 0 349.7M 1 loop /snap/gnome-3-38-2004/143
loop7 7:7 0 91.7M 1 loop /snap/gtk-common-themes/1535
loop9 7:9 0 87M 1 loop /snap/lxd/28373
loop10 7:10 0 73.9M 1 loop /snap/core22/2010
loop11 7:11 0 38.8M 1 loop /snap/snapd/21759
loop12 7:12 0 50.9M 1 loop /snap/snapd/24718
loop13 7:13 0 63.8M 1 loop /snap/core20/2599
vda 252:0 0 40G 0 disk
├─vda1 252:1 0 1M 0 part
├─vda2 252:2 0 200M 0 part /boot/efi
└─vda3 252:3 0 39.8G 0 part /var/snap/firefox/common/host-hunspell
/以下是各列的简要说明：
NAME：设备名称。MAJ:MIN：主设备号和次设备号，内核用它们来识别设备。RM：是否为可移动设备（1 表示是，0 表示否）。SIZE：设备容量。RO：是否为只读设备（1 表示是，0 表示否）。TYPE：设备类型（例如 disk 磁盘、part 分区、loop 回环设备）。MOUNTPOINTS：设备在文件系统中的挂载点。虽然 lsblk 非常适合快速浏览，但 lshw（列出硬件）命令可以提供更详尽的信息。lshw 命令可能没有默认安装。让我们先安装它。
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y lshw安装完成后，你可以使用 lshw 获取特定硬件类别的详细信息。例如，要查看存储控制器（如 SATA 或 NVMe 控制器）的详细信息，可以使用 -class storage 选项。
sudo lshw -class storage输出将显示有关存储接口本身的信息。
*-pnp00:03
product: PnP device PNP0700
physical id: 3
capabilities: pnp
*-ide
description: IDE interface
product: 82371SB PIIX3 IDE [Natoma/Triton II]
vendor: Intel Corporation
physical id: 1.1
bus info: pci@0000:00:01.1
version: 00
width: 32 bits
clock: 33MHz
capabilities: ide isa_compat_mode bus_master
configuration: driver=ata_piix latency=0
resources: irq:0 ioport:1f0(size=8) ioport:3f6 ioport:170(size=8) ioport:376 ioport:c060(size=16)
*-scsi
description: SCSI storage controller
product: Virtio block device
vendor: Red Hat, Inc.
physical id: 4
bus info: pci@0000:00:04.0
version: 00
width: 64 bits
clock: 33MHz
capabilities: scsi msix bus_master cap_list
configuration: driver=virtio-pci latency=0
resources: irq:0 memory:fe000000-fe000fff memory:fe001000-fe001fff要获取有关分区和逻辑卷的更详细信息（与 lsblk 类似但更深入），请使用 -class volume 选项。
sudo lshw -class volume此命令提供了丰富的信息，包括每个分区的逻辑名称、序列号和功能。
*-volume:0
description: BIOS Boot partition
vendor: EFI
physical id: 1
bus info: scsi@0:0.0.0,1
logical name: /dev/vda1
serial: xxxx-xxxx
size: 1MiB
capacity: 1MiB
capabilities: primary
*-volume:1
description: EFI partition
vendor: EFI
physical id: 2
bus info: scsi@0:0.0.0,2
logical name: /dev/vda2
serial: XXXX-XXXX
size: 200MiB
capacity: 200MiB
capabilities: boot fat initialized
configuration: FATs=32 filesystem=fat mount.fstype=vfat mount.options=rw,relatime,fmask=0022,dmask=0022,codepage=437,iocharset=iso8859-1,shortname=mixed,errors=remount-ro state=mounted
*-volume:2
description: Linux filesystem
physical id: 3
bus info: scsi@0:0.0.0,3
logical name: /dev/vda3
size: 39GiB
capacity: 39GiB
capabilities: primary ext4 initialized
configuration: filesystem=ext4 lastmountpoint=/ modified=2024-xx-xx mounted=2024-xx-xx state=mounted通过使用 lsblk 和 lshw，你可以获得 Linux 系统上存储设备的高层概览和底层的详细视图。
在上一步中，你学习了如何列出块设备。现在，你将深入研究并使用 udevadm 命令检查这些设备的特定属性。udev 是 Linux 内核的设备管理器，它动态管理 /dev 目录中的设备节点。udevadm 命令是 udev 的控制工具，允许你查询 udev 数据库以获取详细的设备信息。这在创建自定义 udev 规则以自动管理设备之前特别有用。
让我们检查你在上一步中识别的主磁盘 /dev/vda 的属性。
要以简单的键值对格式显示 /dev/vda 的属性，请执行以下命令。-q property 标志告诉 udevadm 查询数据库中该设备的所有已知属性，-n /dev/vda 指定了设备节点名称。
udevadm info -q property -n /dev/vda输出将是描述该设备的环境变量列表：
DEVPATH=/devices/pci0000:00/0000:00:04.0/virtio1/block/vda
DEVNAME=/dev/vda
DEVTYPE=disk
MAJOR=252
MINOR=0
SUBSYSTEM=block
USEC_INITIALIZED=xxxxxxxxx
ID_VENDOR=Virtio
ID_MODEL=Block_Device
ID_MODEL_ENC=Block\x20Device\x20\x20\x20\x20\x20\x20\x20
ID_REVISION=
ID_SERIAL=Virtio_Block_Device
ID_SERIAL_SHORT=Block_Device
ID_TYPE=disk
ID_BUS=virtio
ID_PATH=pci-0000:00:04.0-virtio-1
ID_PATH_TAG=pci-0000_00_04_0-virtio-1
DEVLINKS=/dev/disk/by-id/virtio-Block_Device /dev/disk/by-path/pci-0000:00:04.0-virtio-1
TAGS=:systemd:此输出提供了非常有价值的细节，例如 ID_MODEL（型号 ID）、ID_VENDOR（供应商 ID）和唯一的 ID_SERIAL（序列号 ID）。这些属性通常用于编写适用于特定设备的 udev 规则，无论内核检测到该设备的顺序如何。
为了获得更详细的层级视图，你可以使用设备的 sysfs 路径进行查询。首先，找到 /dev/vda 的 sysfs 路径：
udevadm info -q path -n /dev/vda输出将是该设备在 /sys 文件系统中的路径：
/devices/pci0000:00/0000:00:04.0/virtio1/block/vda现在，将此路径与 -a（属性遍历）和 -p（路径）标志结合使用，以查看从父设备到指定设备的所有设备属性。这可以让你完整地了解该设备及其父控制器。
udevadm info -a -p $(udevadm info -q path -n /dev/vda)此命令会产生非常长的输出，显示块设备本身及其父级 virtio 设备和 PCI 控制器的属性。这种级别的细节对于高级设备管理和故障排查至关重要。由于篇幅原因，我们在此不展示完整输出，但你可以自行探索。
在这一步中，你将探索设备在系统总线上的组织方式。总线是计算机内部组件之间传输数据的通信系统。我们将重点关注两条重要的总线：PCI（外设部件互连）和 SCSI（小型计算机系统接口）。了解它们的层级结构有助于诊断硬件问题，并理解硬盘等设备是如何连接到系统的。
首先，让我们检查 PCI 总线，它连接了主板上的大多数高速组件。lspci 命令是执行此操作的标准工具。提供此命令的 pciutils 软件包通常是预装的，但我们要确保它已存在。
sudo apt-get update && sudo apt-get install -y pciutils现在，要以树状结构显示 PCI 总线层级结构，请使用带有 -t 选项的 lspci 命令。
lspci -t输出将如下所示，显示总线与设备之间的连接：
-[0000:00]-+-00.0
+-01.0
+-01.1
+-01.3
+-04.0
\-05.0这个树状图显示了连接关系，但没有说明设备是什么。为了使其更有用，可以添加 -v（详细）选项。这将包括设备名称以及每个设备正在使用的内核驱动程序。由于输出可能很长，我们将通过管道将其传递给 more，以便你可以滚动查看。按空格键向下滚动，按 q 退出。
lspci -tv | more输出将更加详细：
-[0000:00]-+-00.0 Intel Corporation 440FX - 82441FX PMC [Natoma]
+-01.0 Intel Corporation 82371SB PIIX3 ISA [Natoma/Triton II]
+-01.1 Intel Corporation 82371SB PIIX3 IDE [Natoma/Triton II]
+-01.3 Intel Corporation 82371AB/EB/MB PIIX4 ACPI
+-04.0 Red Hat, Inc. Virtio block device
\-05.0 Red Hat, Inc. Virtio network device从这个输出中，你可以看到连接到 PCI 总线的具体硬件组件，例如 IDE 控制器和 Virtio 设备。
接下来，让我们看看 SCSI 总线。在我们的虚拟环境中，硬盘 /dev/vda 被呈现为 Virtio 块设备，但如果存在 SCSI 设备，我们仍然可以探索它们。查看此类信息的一种用户友好方式是使用 systool 命令。让我们安装提供该命令的 sysfsutils 软件包。
sudo apt-get install -y sysfsutils现在，使用带有 -b scsi 选项的 systool 列出 SCSI 总线上的设备。
systool -b scsi此命令将显示连接到 SCSI 总线的设备：
Bus = "scsi"
Device = "host0"
Device = "host1"在这一步中，你将深入研究 /proc 虚拟文件系统以检查底层系统资源。/proc 文件系统并不包含磁盘上的真实文件；相反，它是内核数据结构的直接接口。通过读取 /proc 中的文件，你可以实时查看系统如何管理硬件资源，如 DMA 通道、中断和 I/O 端口。
首先，让我们看看直接内存访问（DMA）通道。DMA 允许某些硬件设备直接访问系统内存，而无需 CPU 参与，从而提高了性能。要查看当前正在使用的 DMA 通道，可以查看 /proc/dma 文件的内容。
cat /proc/dma输出通常非常简单，尤其是在现代或虚拟化系统上。
4: cascade此输出显示了已注册的 DMA 通道。cascade 通道用于级联旧式中断控制器，在现代硬件上通常是唯一列出的通道。
接下来，让我们检查中断请求（IRQ）。当硬件设备需要 CPU 注意时，它会发送一个中断信号。/proc/interrupts 文件提供了每个 IRQ 编号接收到的中断次数统计。
cat /proc/interrupts输出显示了每个 CPU 核心的中断活动详细明细。
CPU0
0: 10 IO-APIC 2-edge timer
1: 2 IO-APIC 1-edge i8042
8: 1 IO-APIC 8-edge rtc0
9: 0 IO-APIC 9-fasteoi acpi
11: ... IO-APIC 11-fasteoi ata_piix, uhci_hcd
12: 4 IO-APIC 12-edge i8042
NMI: 0 Non-maskable interrupts
LOC: ... Local timer interrupts
...以下是各列的含义：
CPU0 列（如果存在其他 CPU 列则同理）显示该 CPU 核心处理的中断次数。最后，让我们看看 I/O 端口。这些是 CPU 用来直接与硬件设备通信的特殊内存地址。/proc/ioports 文件列出了当前为设备保留的 I/O 端口区域。由于列表可能很长，最好使用 less 查看。你可以使用箭头键滚动，按 q 退出。
less /proc/ioports你将看到内存范围列表以及使用它们的设备。
0000-0cf7 : PCI Bus 0000:00
0020-0021 : PIC1
0040-0043 : timer0
0050-0053 : timer1
0060-0060 : keyboard
0064-0064 : keyboard
0070-0077 : rtc0
0080-008f : dma page reg
00a0-00a1 : PIC2
00c0-00df : dma2
00f0-00ff : fpu
0170-0177 : 0000:00:01.1
0170-0177 : ata_piix
01f0-01f7 : 0000:00:01.1
01f0-01f7 : ata_piix
...此输出显示了内存地址范围以及占用该范围的设备。例如，你可以看到键盘、定时器以及我们在上一步中看到的 ata_piix 磁盘控制器的范围。
在最后一步中，你将探索挂载在 /sys 的 sysfs 文件系统。虽然 /proc 提供了有关进程和某些硬件资源的信息，但 /sys 提供了系统设备模型的更结构化的视图。它导出了内核对象、设备和驱动程序的层级表示。你在前面步骤中使用过的许多工具（如 lsblk 和 udevadm）都是通过读取 /sys 来获取信息的。
首先，让我们看看块设备是如何表示的。/sys/block 目录包含系统已知每个块设备的子目录。
列出 /sys/block 的内容以查看设备：
ls -l /sys/block输出显示了块设备，包括回环设备和我们的主磁盘 vda。请注意，这些是指向 /sys/devices 层级结构中实际位置的符号链接。
total 0
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Jan 1 00:00 loop0 -> ../devices/virtual/block/loop0
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Jan 1 00:00 loop1 -> ../devices/virtual/block/loop1
...
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Jan 1 00:00 vda -> ../devices/pci0000:00/0000:00:04.0/virtio1/block/vda现在，让我们检查 vda 设备的目录。该目录包含代表设备属性的各种文件。
ls /sys/block/vda你将看到文件和目录列表：
alignment_offset bdi capability dev device discard_alignment events events_async events_poll_msecs ext_range holders inflight integrity power queue range removable ro vda1 vda2 vda3 size slaves stat subsystem trace uevent每个文件都保存着一条特定的信息。例如，要查找磁盘的大小，可以读取 size 文件。
cat /sys/block/vda/size输出将是一个数字：
83886080这个数字代表以 512 字节扇区为单位的设备大小。你还可以看到每个分区的目录，如 vda1、vda2 和 vda3，它们包含各自的一组属性。
接下来，让我们探索 /sys/bus 目录中按总线类型组织的设备。这提供了另一种导航设备层级结构的方法。
ls /sys/bus你将看到内核支持的不同总线类型列表：
acpi amba clocksource container cpu event_source hid i2c i8042 ide mdio_bus memory pci pci_express platform scsi serial serio soc system usb virtio workqueue既然我们知道磁盘 /dev/vda 是一个 Virtio 块设备，让我们查看 /sys/bus/virtio/devices 目录。这将列出所有检测到的 Virtio 设备。
ls -l /sys/bus/virtio/devices输出显示了由设备 ID 标识的 Virtio 设备。这些也是指向主设备树的符号链接。
total 0
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Jan 1 00:00 virtio0 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:05.0/virtio0
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Jan 1 00:00 virtio1 -> ../../../devices/pci0000:00/0000:00:04.0/virtio1通过探索 /sys，你可以直接访问高级工具用于报告系统硬件的原始数据。这是理解 Linux 内核如何看待和组织设备的一种强大方式。
在本实验中，你学习了如何在 Linux 环境中识别和检查硬件设备。你练习了使用 lsblk 命令以树状格式列出块设备及其分区，并使用 lshw 命令获取更详细的硬件规格。本实验还涵盖了使用 udevadm 检查由 udev 子系统管理的设备属性，以及如何查看 PCI 和 SCSI 设备的系统总线层级结构。
此外，你还探索了内核通过伪文件系统呈现的底层信息。你检查了 /proc 文件系统以查看原始系统资源数据，并浏览了 /sys 文件系统以探索系统设备及其属性的结构化表示。这让你全面了解了如何直接从操作系统中查找和解释硬件信息。
