Linux中块设备驱动程序分析

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。

開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函数開始的，所以分析也从这里開始。

第一步：

    register_blkdev(sbull_major, "sbull");

先注冊块设备，第一个參数是设备号，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，并把它加入到系统的block层中去。这个步骤非常重要，它完

成以下面一些操作：

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訪问。

    dev->queue = blk_init_queue(sbull_full_request, &dev->lock);

3.分配，初始化及安装对应的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完毕整个初始化过程，这步一定要在初始化的最后再调用，由于

  add_disk后，可能就会调用磁盘的操作函数，假设初始化还没有完毕就会出错。

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这两个函数就不再详细分析，它们有一个重要功能就是添加用户计数和

降低用户计数。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即介质改变后运行。它们之间怎样联系我

们不用管，我们主要实现这个函数的实体就可以。

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毕的请求，两次调用而没有

执行end_that_request_last或者end_request时得到的是同样的结果，由于它不会删除

队列中的请求。仅仅有结束该请求，才会得到下一个请求。sbull_xfer_request在这里即

是实际的传输数据。

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。