Linux块设备驱动架构分析

Linux驱动开发之块设备

前言

块设备概念：块设备是指只能以块为单位进行访问的设备，块的大小一般是512个字节的整数倍。常见的块设备包括硬盘、SD卡、光盘等。

一、块设备驱动的系统架构

1.VFS

VFS是对各种具体文件系统的一种封装，用户程序访问文件提供统一的接口。

1.1.Cache

当用户发起文件访问请求的时候，首先回到Disk Cache中寻址文件是否被缓存了，如果在Cache，则直接从cache中读取。如果数据不在缓存中，就必须要到具体的文件系统中读取数据了。

1.2.Mapping Layer

首先确定文件系统的block size，然后计算所请求的数据包含多少个block。

1.3.Generic Block Layer

Linux内核把块设备看做是由若干个扇区组成的数据空间，上层的读写请求在通用块层被构造成一个或多个bio结构。

1.4.I/O Scheduler Layer

I/O调度层负责采用某种算法（如：电梯调度算法）将I/O操作进行排序。

电梯调度算法的基本原则：如果电梯现在朝上运动，如果当前楼层的上方和下方都有请求，则先响应所有上方的请求，然后才向下响应下方的请求；如果电梯向下运动，则刚好相反。

1.5.Block Device Driver

在块系统架构的最底层，由块设备驱动根据排序好的请求，对硬件进行数据访问。

二、块设备驱动流程分析

初始化

• 注册块设备驱动程序——register_blkdev
• 初始化请求队列——blk_init_queue
• 指明扇区大小——blk_queue_logical_block_size
• 为块设备分配gendisk结构——alloc_disk
• 初始化gendisk结构
  • major
  • first_minor
  • fops
  • queue
  • private_data
  • disk_name
  • 扇区数——set_capacity
• 注册块设备——add_disk

实现读写请求函数

• 取出一个要处理的请求——blk_fetch_request
• 根据请求里的信息访问硬件，获取数据
• 利用__blk_end_request_curl判断请求队列里是否还有剩余的请求要处理，如果有按照上面两步来处理

三、一个最简单的块设备驱动程序

1.源码

#include<linux/module.h>
#include<linux/init.h>
#include<linux/blkdev.h>
#include<linux/bio.h>

#include <linux/sched.h>
#include <linux/kernel.h> /* printk() */
#include <linux/slab.h> /* kmalloc() */
#include <linux/fs.h> /* everything... */
#include <linux/errno.h> /* error codes */
#include <linux/timer.h>
#include <linux/types.h> /* size_t */
#include <linux/fcntl.h> /* O_ACCMODE */
#include <linux/hdreg.h> /* HDIO_GETGEO */
#include