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。

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。