- 简介
- 一个块设备驱动程序主要通过传输固定大小的随机数据来访问设备
- Linux内核视块设备为与字符设备相异的基本设备类型
- Linux块设备驱动程序接口使得块设备可以发挥其最大的功效，但是其复杂程序又是编程者必须面对的一个问题
- 一个数据块指的是固定大小的数据，而大小的值由内核确定
- 数据块的大小通常是4096个字节，但是可以根据体系结构和所使用的文件系统进行改变
- 与数据块对应的是扇区，它是由底层硬件决定大小的一个块，内核所处理的设备扇区大小是512字节
- 如果要使用不同的硬件扇区大小，用户必须对内核的扇区数做相应的修改
- 注册
- 注册块设备驱动程序
- <linux/fs.h>
- int register_blkdev(unsigned int major, const char *name);
- 如果需要的话分配一个动态的主设备号
- 在/proc/devices中创建一个入口项
- int unregister_blkdev(unsigned int major, const char *name);
- 注册磁盘
- struct block_device_operations
- int (*open) (struct inode *inode, struct file *filp);
- int (*release) (struct inode *inode, struct file *filp);
- int (*ioctl) (struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg);
- int (*media_changed) (struct gendisk *gd);
- int (*revalidate_disk) (struct gendisk *gd);
- struct module *owner;
- gendisk结构
- <linux/genhd.h>
- struct gendisk
- int major;
- int first_minor;
- int minors;
- 常取16
- char disk_name[32]
- 显示在/proc/partitions和sysfs中
- struct block_device_operations *fops;
- struct request_queue *queue;
- int flags;
- sector_t capacity;
- void *private_data;
- struct gendisk *alloc_disk(int minors);
- void del_gendisk(struct gendisk *gd);
- void add_disk(struct gendisk *gd);
- struct block_device_operations
- 注册块设备驱动程序
- 块设备操作
- open和release函数
- 对于那些操作实际硬件设备的驱动程序，open和release函数可以设置驱动程序和硬件的状态。这些操作包括使磁盘开始或者停止旋转，锁住可移动介质的仓门以及分配DMA缓存等
- 有一些操作能够让块设备在用户空间内被直接打开，这些操作包括给磁盘分区，或者在分区上创建文件系统，或者运行文件系统检查程序
- 对可移动介质的支持
- 调用media_changed函数以检查介质是否被改变
- 在介质改变后将调用revalideate函数
- ioctl函数
- 高层的块设备子系统在驱动程序获得ioctl命令前，已经截取了大量的命令
- 实际上在一个现代驱动程序中，许多ioctl命令根本就不用实现
- open和release函数
- 请求处理
- 每个块设备驱动程序的核心是它的请求函数
- 驱动程序所需要知道的任何关于请求的信息，都包含在通过请求队列传递给我们的结构中
- request函数介绍
- void request(request_queue_t *queue);
- 当内核需要驱动程序处理读取、写入以及其他对设备的操作时，就会调用该函数
- 每个设备都有一个请求队列
- dev->queue = blk_init_queue(test_request, &dev->lock);
- 对request函数的调用是与用户空间进程中的动作完全异步的
- void request(request_queue_t *queue);
- 一个简单的request函数
- struct request * elv_next_request(request_queue_t queue);
- void end_request(struct request *req, int succeeded);
- struct request
- sector_t secotr;
- unsigned long nr_sectors;
- char *buffer
- rq_data_dir(struct request *req);
- 请求队列
- 一个块设备请求队列可以这样描述：包含块设备I/O请求的序列
- 请求队列跟踪未完成的块设备的I/O请求
- 请求队列还实现了插件接口
- I/O调度器还负责合并邻近的请求
- 请求队列拥有request_queue或request_queue_t结构类型
- <linux/blkdev.h>
- 队列的创建与删除
- request_queue_t *blk_init_queue(request_fn_proc *request, spinlock_t *lock);
- void blk_cleanup_queue(request_queue_t *queue);
- 队列函数
- struct request *elv_next_request(request_queue_t *queue);
- void blkdev_dequeue_request(struct request *req);
- void elv_requeue_request(request_queue_t *queue, struct request *req);
- 队列控制函数
- void blk_stop_queue(request_queue_t *queue);
- void blk_start_queue(request_queue_t *queue);
- void blk_queue_bounce_limit(request_queue_t *queue, u64 dma_addr);
- void blk_queue_max_sectors(request_queue_t *queue, unsigned short max);
- void blk_queue_max_phys_segments(request_queue_t *queue, unsigned short max);
- void blk_queue_max_hw_segments(request_queue_t *queue, unsigned short max);
- void blk_queue_max_segment_size(request_queue_t *queue, unsigned short max);
- void blk_queue_segment_boundary(request_queue_t *queue, unsigned long mask);
- void blk_queue_dma_alignment(request_queue_t *queue, int mask);
- void blk_queue_hardsect_size(request_queue_t *queue, unsigned short max);
- 请求过程剖析
- 从本质上讲，一个request结构是作为一个bio结构的链表实现的
- bio结构
- bio结构包含了驱动程序执行请求的全部信息，而不必与初始化这个请求的用户空间的进程相关联
- <linux/bio.h>
- struct bio
- sector_t bi_sector;
- unsigned int bi_size;
- 以字节为单位所需要传输的数据大小
- unsigned long bi_flags;
- unsigned short bio_phys_segments;
- unsigned short bio_hw_segments;
- struct bio_vec *bi_io_vec
- struct bio_vec
- struct page *vb_page;
- unsigned int bv_len;
- unsigned int bv_offset;
- example
- int segno;
- struct bio_vec *bvec;
- bio_for_each_segment(bvec, bio, segno)
- {
- /* 使用该段进行一定的操作 */
- }
- char *__bio_kmap_atomic(struct bio *bio, int i, enum km_type type);
- void __bio_kunmap_atomic(char *buffer, enum km_type type):
- struct page *bio_page(struct bio *bio);
- int bio_offset(struct bio *bio);
- int bio_cur_sectors(struct bio *bio);
- char *bio_data(struct bio *bio);
- char *bio_kmap_irq(struct bio *bio, unsigned long *flags);
- void bio_kunmap_irq(char *buffer, unsigned long *flags);
- request结构成员
- struct request
- sector_t hard_sector;
- unsigned long hard_nr_sectors;
- unsigned int hard_cur_sectors;
- struct bio *bio;
- char *buffer;
- unsigned short nr_phys_segments;
- struct list_head queuelist;
- struct request
- 屏障请求
- 在驱动程序接收到请求前，块设备层重新组合了请求以提高I/O性能
- 出于同样的目的，驱动程序也可以重新组合请求
- 但在无限制重新组合请求时面临了一个问题：一些应用程序的某些操作，要在另外一些操作开始前完成
- 2.6版本的块设备层使用屏障（barrier）请求来解决这个问题
- 如果一个请求被设置了REQ_HARDBARRER标志，那么在其他后续请求被初始化前，它必须被写入驱动器
- void blk_queue_ordered(request_queue_t *queue, int flag);
- int blk_barrier_rq(sruct request *req);
- 如果返回一个非零值，该请求是一个屏障请求
- 不可重试请求
- int blk_noretry_request(struct request *req);
- 请求完成函数
- int end_that_request_first(struct request *req, int success, int count);
- void end_that_request_last(struct request *req);
- example
- void end_request(struct request *req, int uptodate)
- {
- if (!end_that_request(req, uptodate, req->hard_cur_sectors)
- {
- add_disk_randomness(req->rq_disk);
- blkdev_dequeue_request(req);
- end_that_request_last(req);
- }
- }
- 使用bio
- example
- struct request *req
- struct bio *bio;
- rq_for_each_bio(bio, req)
- {
- /* 使用该bio结构进行一定的操作 */
- }
- example
- 块设备请求和DMA
- int blk_rq_map_sg(request_queue_t *queue, struct request *req, struct scatterlist *list);
- clear_bit(QUEUE_FLAG_CLEAR, &queue->queue_flags);
- 不使用请求队列
- typedef int (make_request_fn) (request_queue_t *q, struct bio *bio);
- void bio_endio(struct bio *bio, unsigned int bytes, int error);
- request_queue_t *blk_alloc_queue(int flags);
- 并未真正地建立一个保存请求的队列
- void blk_queue_make_request(request_queue_t *queue, make_request_fn *func);
- drivers/block/ll_rw_block.c
- 其他一些细节
- 命令预处理
- typedef int (prep_rq_fn) (request_queue_t *queue, struct request *req);
- 该函数要能返回下面的值之一
- BLKPREP_OK
- BLKPREP_KILL
- BLKPREP_DEFER
- 该函数要能返回下面的值之一
- void blk_queue_prep_rq(request_queue_t *queue, prep_rq_fn *func);
- typedef int (prep_rq_fn) (request_queue_t *queue, struct request *req);
- 标记命令队列
- 同时拥有多个活动请求的硬件通常支持某种形式的标记命令队列（Tagged Command Queueing, TCQ）
- TCQ只是为每个请求添加一个整数（标记）的技术，这样当驱动器完成它们中的一个请求后，它就可以告诉驱动程序完成的是哪个
- int blk_queue_int_tags(request_queue_t *queue, int depth, struct blk_queue_tag *tags);
- int blk_queue_resize_tags(request_queue_t *queue, int new_depth);
- int blk_queue_start_tag(request_queue_t *queue, struct request *req);
- void blk_queue_end_tag(request_queue_t *queue, struct request *req);
- struct request *blk_queue_find_tag(request_queue_t *queue, int tag);
- void blk_queue_invalidate_tags(request_queue_t *queue);
- 命令预处理
时间： 2024-08-24 12:32:14