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Linux块设备驱动
内容导读
互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了Linux块设备驱动,小编现在分享给大家,供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含6862字,纯文字阅读大概需要10分钟。
内容图文
推荐书:《Linux内核源代码情景分析》
1.字符设备驱动和使用中等待某一事件的方法
①查询方式
②休眠唤醒,但是这种没有超时时间
③poll机制,在休眠唤醒基础上加一个超时时间
④异步通知,异步通知实际上就是发信号
⑤输入子系统,这样比较通用
2.块设备相对于字符设备驱动逻辑的变化
①对于硬盘对读写的优化
假如要读磁头0的扇区0,然后写磁头1的扇区0,然后读磁头0的扇区1,若像字符设备那样,就会机械山跳转2次,效率低。
优化:
先不执行,放入队列,优化后再执行,这里的优化是指调整顺序。
②对于flash
假如要写同一个块的扇区0,然后再写扇区1,若是字符设备的做法,写扇区0时需要先把整块读取出来,然后修改此块中
扇区0的数据,然后烧写整个这个块。写扇区1时也是需要先把整块读取出来,然后修改此块中扇区1的数据,然后烧写整个这个块。
优化:
先不执行,放入队列,优化后再执行,这里的优化是指合并相同块的写请求。
所以块设备不能向字符设备一样直接提供读写函数,而是需要先放入队列之中,优化后再执行。
3.块设备驱动程序框架
App:open, read, write "1.txt"
----------------------------------------------- 文件的读写
文件系统:vfat,tfat, ext2, ext3, yaffs2, jffs2 作用:把文件的读写转换为扇区的读写
------------统一的入口:ll_rw_block()---------- 扇区的读写
1.把“读写”放入队列中(可能这一步就有优化)
2.调用队列的处理函数(优化/调整顺序/合并)
块设备驱动程序: 主要是读写块设备函数的实现和属性的提供
-----------------------------------------------
硬件:硬盘,flash,eMMC
4.分析ll_rw_block()
ll_rw_block //fs/buffer.c, 位于fs下,说明是所有文件系统的一个通用的.c文件for (i = 0; i < nr; i++) submit_bh(op, op_flags, bh); //fs/buffer.cstruct bio *bio; 通用的构造请求,使用bio来构造请求 submit_bio(bio); generic_make_request(bio); struct request_queue *q = bio->bi_disk->queue; //block/blk-core.c 找对队列 ret = q->make_request_fn(q, bio); //调用队列的构造请求函数,默认的设置函数是:make_request_fn q->make_request_fn在blk_queue_make_request block/Blk-settings.c中被赋值, blk_queue_make_request在blk_init_allocated_queue block/blk-core.c中被赋值为blk_queue_bio,即make_request_fn=blk_queue_bio blk_queue_bio //默认是这个 elv_merge(q, &req, bio) //block/blk-core.c 以电梯调用算法尝试合并这个请求 如果合并不成功,调用get_request使用bio构造请求,将请求放入队列中 get_request(q, bio->bi_opf, bio, GFP_NOIO); blk_init_request_from_bio(req, bio); blk_flush_plug_list(plug, false); if (q) queue_unplugged(q, depth, from_schedule); __blk_run_queue q->request_fn(q); //调用队列的处理函数,就是块设备驱动实际的读写函数
5.写块设备驱动
1.分配构造struct request_queue,用于提供读写能力
2.设备描述,提供属性
......
====>内核指定了一个结构体:gendisk
驱动框架:
1.分配gendisk: alloc_disk
2.设置
2.1 分配/设置struct request_queue结构,blk_init_queue
2.2 设置gendisk其它信息
3.注册gendisk
6.块设备的操作是以扇区为单位的,内核机制决定的,就算是使用内存模拟的块设备也不例外。
7.对于一块全0的内存模拟的磁盘,未格式化会报"unknow partation table",因为其分区表为空
8.测试
cat /proc/devices 查看设备号
格式化磁盘:# mkfs /dev/ramblock eg: mkdosfs /dev/ramdisk
挂载:# mount /dev/ramblock /tmp
之后就可以通过访问/tmp目录操作磁盘了
9.创建磁盘映像
# cat /dev/ramblock > /ramblock.bin 然后再格式化磁盘再echo进去应该也是可以的。
在Ubuntu里面:# sudo mount -o loop ramblock.bin /mnt loop选项可以把一个普通文件当作块设备进行挂载。loop把它当作一个回环设备。
10.把对内存的操作打印出来可以对比App的读写和实际的IO操作发生的时机的区别。
11.分区
# ls /dev/ramblock* -l 次设备号是0表示整个磁盘,不是分区。起始是0应该是first_minor=0决定的。
# fdisk /dev/ramblock m n p 1(此时显示1-32 sylinder就是驱动中在ramblock_getgeo()中配置的) 1 5,再创建一个分区n p 2 6 32 w
(w表示将配置写到分区表中,分区表就是第一个扇区)
# ls /dev/ramblock* -l 次设备号是0表示整个磁盘,次设备号是1表示第一个主分区,次设备号是2表示第二个主分区。
此时也可以分别格式化每一个主分区:
eg: # mkdosfs /dev/ramblock1
eg: # mkdosfs /dev/ramblock2
分别挂载:
eg: # mount /dev/ramblock1 /mnt
eg: # mount /dev/ramblock2 /tmp
使用# fdisk /dev/ramdisk 报错: Unknow value(s) for: Cylinder 不知道柱面数,fdisk是个老工具了,使用它需要驱动告诉它柱面数信
息(目前很多块设备都不使用这个储存方式了)
12.内存模拟块设备驱动代码
/* 参考: drivers\block\z2ram.c */ #include <linux/module.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/interrupt.h> #include <linux/mm.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/timer.h> #include <linux/genhd.h> #include <linux/hdreg.h> #include <linux/ioport.h> #include <linux/init.h> #include <linux/wait.h> #include <linux/blkdev.h> #include <linux/blkpg.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/io.h> #include <asm/system.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/dma.h> staticstruct gendisk *ramblock_disk; static request_queue_t *ramblock_queue; staticint major; static DEFINE_SPINLOCK(ramblock_lock); #define RAMBLOCK_SIZE (1024*1024) /*使用1M内存来模拟磁盘*/ static unsigned char *ramblock_buf; /*这些信息在使用fdisk工具分区的时候会用到*/staticint ramblock_getgeo(struct block_device *bdev, struct hd_geometry *geo) { /* 容量 = heads * cylinders * sectors * 512 */ geo->heads = 2; geo->cylinders = 32; geo->sectors = RAMBLOCK_SIZE/2/32/512; return0; } staticstruct block_device_operations ramblock_fops = { .owner = THIS_MODULE, .getgeo = ramblock_getgeo, }; /*目前内核中elv_next_request已经不存在了*/staticvoid do_ramblock_request(request_queue_t * q) { staticint r_cnt = 0; staticint w_cnt = 0; struct request *req; //printk("do_ramblock_request %d\n", ++cnt);while ((req = elv_next_request(q)) != NULL) { /* 数据传输三要素: 源,目的,长度 *//* 源/目的: */ unsigned long offset = req->sector * 512; /* 目的/源: */// req->buffer/* 长度: */ unsigned long len = req->current_nr_sectors * 512; if (rq_data_dir(req) == READ) /*也就是: req->cmd_flags & 1*/ { printk("do_ramblock_request read %d\n", ++r_cnt); memcpy(req->buffer, ramblock_buf+offset, len); /*这里是使用memcpy来模拟复杂的IO操作*/ } else { /*加了这个打印,可以看出来当向设备进行写的时候没有立即调用,而是过来一小会才调用的, 与算法有关,先放到队列中,然后才执行。 # cp /etc/fstab /tmp(挂载目录),发现过来一会也没有调用这个函数 # sync 立即就打印了 # cp /etc/fstab /tmp 发现没有立即写 # umount /tmp/ 发现立即打印了 */ printk("do_ramblock_request write %d\n", ++w_cnt); memcpy(ramblock_buf+offset, req->buffer, len); } end_request(req, 1); } } staticint ramblock_init(void) { /* 1. 分配一个gendisk结构体 */ ramblock_disk = alloc_disk(16); /* 次设备号个数: 分区个数+1 *//* 2. 设置 *//* 2.1 分配/设置队列: 提供读写能力 */ ramblock_queue = blk_init_queue(do_ramblock_request, &ramblock_lock); /*arg1: 执行实际读写io操作的函数*/ ramblock_disk->queue = ramblock_queue; /* 2.2 设置其他属性: 比如容量 */ major = register_blkdev(0, "ramblock"); /* cat /proc/devices 看到的是这个文件名吗?*/ ramblock_disk->major = major; ramblock_disk->first_minor = 0; /*修改它试试*/ sprintf(ramblock_disk->disk_name, "ramblock"); /*区别设置这两个名字进行测试*//*仿照scsi/sd.c sd_format_disk_name测试一下,对比sd卡的,它是什么/dev/下的设备节点名就是什么*/ ramblock_disk->fops = &ramblock_fops; set_capacity(ramblock_disk, RAMBLOCK_SIZE / 512); /*设置磁盘容量,是以扇区为单位的*//* 3. 硬件相关操作 */ ramblock_buf = kzalloc(RAMBLOCK_SIZE, GFP_KERNEL); /*这个设备全为0,分区表为空,所以在insmod驱动的时候会报"unknow partation table",需要格式化*//* 4. 注册 */ add_disk(ramblock_disk); return0; } staticvoid ramblock_exit(void) { unregister_blkdev(major, "ramblock"); del_gendisk(ramblock_disk); put_disk(ramblock_disk); blk_cleanup_queue(ramblock_queue); kfree(ramblock_buf); } module_init(ramblock_init); module_exit(ramblock_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
新内核读写函数应替换为:
static void do_ramblock_request(struct request_queue *q) { struct request *req; char *bio_buffer; while ((req = blk_fetch_request(q)) != NULL) { unsigned long offset = blk_rq_pos(req) << 9; /*return rq->__sector; the current sector,右移9也即乘以512*/ unsigned long len = blk_rq_cur_bytes(req); /*bytes left in the current segment*/if (offset + len > RAMBLOCK_SIZE) { printk("do_ramblock_request read %d\n", ++r_cnt); len = RAMBLOCK_SIZE-offset; } bio_buffer = bio_data(req->bio); /*拷贝到这里面返回给用户*/if (rq_data_dir(req) == READ) memcpy(bio_buffer, ramblock_buf+offset, len); else memcpy(ramblock_buf+offset, bio_buffer, len); } }
根据do_z2_request(), 就算是这个函数是void类型的也能向外部传递操作失败的状态。
原文:https://www.cnblogs.com/hellokitty2/p/10162362.html
内容总结
以上是互联网集市为您收集整理的Linux块设备驱动全部内容,希望文章能够帮你解决Linux块设备驱动所遇到的程序开发问题。 如果觉得互联网集市技术教程内容还不错,欢迎将互联网集市网站推荐给程序员好友。
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