Linux内核——块设备总结
2024-04-23 08:06:10
深入探索Linux内核世界：块设备详解
在Linux系统中，设备驱动是其核心组成部分，而块设备与字符设备的区别尤为关键。块设备，如硬盘，以数据块为基本操作单元，与字符设备（如串口）以字节为单位的特性形成了鲜明对比。Linux巧妙地通过文件系统缓存优化块设备性能，使其与字符设备的交互更加高效。
核心机制
Linux为两种设备提供了独特的处理方式：字符设备直接映射，而块设备则通过文件系统层处理。具体流程包括：
- 用户通过open()接口打开设备，通过blkdev_open()与file_operations结构关联，再通过bd_acquire()和gendisk-fops-open进行初始化。
- 读写操作时，generic_file_read和blkdev_file_write扮演关键角色。非direct I/O时，数据会先读取缓存，然后通过bio机制发送到设备。
- 写操作可能涉及buffered write，写入缓存后，pdflush daemon负责后续处理。
设备操作的核心在于file_operations方法，每个设备类型都有其特有的自定义操作，如def_chr_fops和def_blk_fops。
设备访问的统一接口
Linux采用address_space_operations来实现设备访问的标准化，字符设备无需此操作，仅需简单替换file_operations。读写操作通过submit_bio发起，构建bio后，提交给块设备，如scsi disk /dev/sda。__make_request函数在此过程中起着调度请求的重要作用。
scsi_request_fn的角色
请求队列的scsi_request_fn负责设备间通信，它扫描队列，通过scsi_prep_fn处理请求，然后发送到scsi host，通过queuedata确定目标。这一过程涉及scsi_dispatch_cmd和中断回调，确保读写操作的完整执行。
初始化与注册
创建block_device_operations接口，涉及请求队列的分配、处理函数注册和参数设置。文件系统读写操作结束后，设备需要通过register_blkdev注册到系统，而unregister_blkdev则用于设备卸载时的清理工作。
深入接口与实践
关键的make_request接口允许有实际请求队列的设备调用Linux的__make_request，某些用户驱动可能还需进一步处理bio并返回1以进行数据转发，如在MD RAID中。
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