Linux中块设备驱动程序分析
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时间：2015年06月20日
基于《Linux设备驱动程序》书中的sbull程序以对Linux块设备驱动总结分析。
开始之前先来了解这个块设备中的核心数据结构：
struct sbull_dev {int size; /* Device size in sectors */
u8 *data; /* The data array */
short users; /* How many users */
short media_change; /* Flag a media change? */
spinlock_t lock; /* For mutual exclusion */
struct request_queue *queue; /* The device request queue */
struct gendisk *gd; /* The gendisk structure */
struct timer_list timer; /* For simulated media changes */
};
在这个结构中，struct request_queue与 struct gendisk 是这个结构中的重要成员，
也是块设备中的重要结构，这个文章中的大部分阐述都是基于这两个结构的操作。
一.流程：
块设备驱动也是从init函数开始的，所以分析也从这里开始。
第一步：
register_blkdev(sbull_major, "sbull");
先注册块设备，第一个参数是设备号，为0表完动态分配，第二个为设备名。
第二步：
Devices = kmalloc(ndevices*sizeof (struct sbull_dev), GFP_KERNEL);
创建这个块设备的核心数据结构，也就是这个块设备的对象实体，创建了ndevice这样
的实体。
第三步：
setup_device(Devices + i, i);
说白了，就是初始化实体，并把它添加到系统的block层中去。这个步骤很重要，它完
成以以下一些操作：
1.初始化一个自旋锁。
spin_lock_init(&dev->lock);
2.分配一个请求队列，并用1中的自旋锁来控制对队列的访问。
dev->queue = blk_init_queue(sbull_full_request, &dev->lock);
3.分配，初始化及安装相应的gendisk结构。
dev->gd = alloc_disk(SBULL_MINORS);
if (! dev->gd) {
printk (KERN_NOTICE "alloc_disk failure/n");
goto out_vfree;
}
dev->gd->major = sbull_major;
dev->gd->first_minor = which*SBULL_MINORS;
dev->gd->fops = &sbull_ops;
dev->gd->queue = dev->queue;
dev->gd->private_data = dev;
snprintf (dev->gd->disk_name, 32, "sbull%c", which + ‘a‘);
set_capacity(dev->gd, nsectors*(hardsect_size/KERNEL_SECTOR_SIZE));
4.最后add_disk完成整个初始化过程，这步一定要在初始化的最后再调用，因为
add_disk后，可能就会调用磁盘的操作函数，如果初始化还没有完成就会出错。
二.块设备操作 struct block_device_operations 结构分析：
sbull模块中的该结构：
static struct block_device_operations sbull_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = sbull_open,
.release = sbull_release,
.media_changed = sbull_media_changed,
.revalidate_disk = sbull_revalidate,
.ioctl = sbull_ioctl
};
open与release这两个函数就不再具体分析，它们有一个重要功能就是增加用户计数和
减少用户计数。media_changed 和revalidata_disk即是对可移动介质的支持，像u盘等
等这些可移动，即插即用的设备就应该实现这两个函数。media_changed是检查介质是
否改变，发迹即返回非零，revalidate_disk即介质改变后执行。它们之间如何联系我
们不用管，我们主要实现这个函数的实体即可。
ioctl函数，ioctl函数的功能也简化了，可实际的磁盘设备大多也主要是实现对磁盘信
息的查询。
三.请求处理。
块设备驱动程序的核心是请求处理部分，是块设备驱动的难点。设计得好否直接关
系到设备的性能。
我们看在安装块设备实体的时候，初始化了一个请求队列：
dev->queue = blk_init_queue(sbull_full_request, &dev->lock);
这个操作就是把生成的请求队列dev->queue与请求函数sbull_full_request绑定在一
起。sbull中的request函数：
static void sbull_full_request(request_queue_t *q)
{
struct request *req;
int sectors_xferred;
struct sbull_dev *dev = q->queuedata;
while ((req = elv_next_request(q)) != NULL) {
if (! blk_fs_request(req)) {
printk (KERN_NOTICE "Skip non-fs request/n");
end_request(req, 0);
continue;
}
sectors_xferred = sbull_xfer_request(dev, req);
if (! end_that_request_first(req, 1, sectors_xferred)) {
blkdev_dequeue_request(req);
end_that_request_last(req);
}
}
}
req = elv_next_request(q) 获取队列中第一个未完成的请求，两次调用而没有
运行end_that_request_last或者end_request时得到的是相同的结果，因为它不会删除
队列中的请求。只有结束该请求，才会得到下一个请求。sbull_xfer_request在这里即
是实际的数据传输。
一个实际的块设备请求处理要这些要复杂得多，那就要更深入了解request结构,bio结
构，队列结构等等。但在这里先不深入去讨论。
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