块设备驱动注册和注销、加载与卸载、块设备驱动的I/O请求
块设备驱动的第一个任务就是将他们自己注册到内核中,其函数原型如下:
int register_blkdev(unsigned int major, const char* name);
major参数是块设备要使用的主设备号,name为设备名,它会在/proc/devices中被现实.如果major为0,内核会自动分配一个新的主设备号,并由该函数返回.如果返回值为负值,则说明设备号分派失败.
与register_blkdev对应的注销函数是unregister_blkdev(),原型如下:
int unregister_blkdev(unsigned int major, const char* name);
这里unreister_blkdev与register_blkdev的参数必须匹配,否则这个函数会返回-EINVAL.
在Linux2.6中,对register_blkdev的调用是可选的.register_blkdev这个调用在Linux2.6中只完成了两件事情:
①如果需要,分派一个主设备号;
②在/proc/devices中创建一个入口.
块设备驱动的模块加载与卸载
1)块设备驱动的模块加载完成的工作如下:
Ø 分配,初始化请求队列,绑定请求队列和请求函数
Ø 分配,初始化gendisk,给gendisk的major,fops,queue等成员赋值,最后添加gendisk.
Ø 注册块设备驱动.
代码1:使用blk_alloc_queue函数完成块设备驱动的模块加载模板(适用于完全可真正随机访问的设备，如数码相机存储卡，RAM盘等)
static int __init xxx_init(void){
//分配gendisk
xxx_disks = alloc_disk(1);
if(!xxx_disks){
goto out;
}
//块设备驱动注册
if(register_blkdev(xxx_MAJOR, "xxx"){
err = -EIO;
goto out;
}
//"请求队列"分配
xxx_queue = blk_alloc_queue(GFP_KERNEL);
if(!xxx_queue){
goto out_queue;
}
blk_queue_make_request(xxx_queue, &xxx_make_request);//绑定"制造请求"函数
blk_queue_hardsect_size(xxx_queue,xxx_blocksize);//告知内核硬件扇区尺寸
//gendisk初始化
xxx_disks->major = xxx_MAJOR;
xxx_disks->first_minor = 0;
xxx_disks->fops = &xxx_fop;
xxx_disks->queue = xxx_queue;
sprintf(xxx_disks->disk_name, "xxx%d", i);
set_capacity(xxx_disks, xxx_size);//设置gendisk容量为xxx_size个扇区大小
add_disk(xxx_disks);
return 0;
out_queue:unregister_blkdev(xxx_MAJOR, "xxx");
out:put_disk(xxx_disks); //引用计数
blk_cleanup_queue(xxx_queue);
return -ENOMEM;
}
代码2:使用blk_init_queue函数完成块设备驱动的模块加载模板
static int __init xxx_init(void){
//块设备驱动注册
if(register_blkdev(xxx_MAJOR, "xxx"){
err = -EIO;
goto out;
}
//请求队列初始化
xxx_queue = blk_init_queue(xxx_request, xxx_lock);
if(!xxx_queue){
goto out_queue;
}
blk_queue_hardsect_size(xxx_queue, xxx_blocksize);//告知内核硬件扇区大小
//gendisk初始化
xxx_disks->major = xxx_MAJOR;
xxx_disks->first_minor = 0;
xxx_disks->fops = &xxx_fop;
xxx_disks->queue = xxx_queue;
sprintf(xxx_disks->disk_name, "xxx%d", i);
set_capacity(xxx_disks, xxx_size*2);//设置gendisk容量为xxx_size个扇区大小
add_disk(xxx_disks);
return 0;
out_queue:unregister_blkdev(xxx_MAJOR, "xxx");
out:put_disk(xxx_disks);
blk_cleanup_queue(xxx_queue);
return -ENOMEM;
}
2)块设备驱动的模块卸载完成的工作如下:
Ø 清除请求队列.
Ø 删除gendisk和gendisk的引用
Ø 删除对块设备的引用,注销块设备驱动.
代码3:块设备驱动模块卸载函数模板
static void __exit xxx_exit(void){
if(bdev){
invalidate_bdev(xxx_bdev, 1);
blkdev_put(xxx_bdev);
}
del_gendisk(xxx_disks);//删除gendisk
put_disk(xxx_disks);
blk_cleanup_queue(xxx_queue[i]);//清除请求队列
unregister_blkdev(xxx_MAJOR, "xxx");
}
2.块设备驱动的打开与释放
块设备驱动的open()和release()函数不是必须的,一个简单的块设备驱动可以不提供open()和release()函数.
块设备驱动的open()函数和字符设备驱动的open()和类似,都以相关inode和file结构体指针作为参数,当一个结点引用一个块设备时,inode->i_bdev->bd_disk包含一个指向关联gendisk的结构体的指针.因此类似字符设备,可将gendisk的private_data赋给file的private_data,private_data同样最好是指向描述该设备的设备结构体xxx_dev的指针.如下面的代码:
static int xxx_open(struct inode* inode, struct file* file){
struct xxx_dev* dev = inode->i_bdev->db_disk->private_data;
file->private_data = dev;
...
return 0;
}
3.块设备驱动的ioctl
块设备可以包含一个ioctl()函数,以提供对该设备的IO控制,实际上搞成的块设备层代码处理了绝大多数ioctl(),因此具体的块设备驱动中,通常不在需要实现很多ioctl()命令.下面的代码中只实现一个命令HDIO_GETGEO,用于获得磁盘的几何信息(geometry,指CHS,即Cylinder, Head, Sector/Track).
static int xxx_ioctl(struct inode* inode, struct file* file,\
unsigned int cmd, unsigned long arg){
long size;
struct hd_geometry geo;
struct xxx_dev* dev = file->private_data;
switch(cmd){
case HDIO_GETGEO:
size = dev->size * (hardsect_size / KERNEL_SECTOR_SIZE);
geo.cylinders = (size & ~0x3f) >> 6;
geo.heads = 4;
geo.sectors = 16;
if(copy_to_user((void __user*)arg, &geo, sizeof(geo)){
return -EFAULT;
}
return 0;
}
return -ENOTTY;//未知命令
}
块设备驱动的I/O请求
Ø 使用请求队列
块设备驱动请求函数的原型为:
void request(request_queue_t* q);
这个函数不能由驱动自己调用,只有当内核认为是时候让驱动处理对设备的读写等操作时,它才会调用这个函数.请求函数可以在没有完成请求队列中的所有请求的情况下返回,甚至它一个请求不完成都可以返回.但对大部分设备而言,一般会在请求函数中处理完所有请求后才返回.
static void xxx_request(request_queue_t* q){
struct request* req;
//elv_next_request()用于获取队列中第一个未完成的请求
//end_request()会将请求从请求队列中剥离
while((req = elv_next_request(q)) != NULL){
struct xxx_dev* dev = req->rq_disk->private_data;
if(!blk_fs_request(req)){//如果不是文件系统请求,直接清除,调用end_request().
printk(KERN_NOTICE "Skip non-fs request\n");
end_request(req, 0);//通知请求处理失败.第二个参数0代表请求失败.
continue;
}
xxx_transfer(dev, req->sector, req->current_nr_sectors, req->buffer, rq_data_dir(req));//处理这个请求.
end_request(req, 1);//通知成功完成这个请求.1,表示请求成功.
}
}
static void xxx_transfer(struct xxx_dev* dev, unsigned long sector,\
igned long nsect, char* buffer, int write){
unsigned long offset = sector * KERNEL_SECTOR_SIZE;
unsigned long nbytes = nsect * KERNEL_SECTOR_SIZE;
if((offset + nbytes) > dev->size){
printk(KERN_NOTICE "Beyond-end write (%ld %ld)\n", offset, nbytes);
return ;
}
if(write)
write_dev(offset, buffer, nbytes);//向设备写nbytes个字节的数据.
else
read_dev(offset, buffer, nbytes);//从设备读取nbytes个字节的数据.
}
下面是end_that_request_first()的源码和分析
//end_request()源码清单
void end_request(struct request* req, int uptodate){
//当设备完成一个IO请求的部分或全部扇区传输后,必须告知块设备层.end_that_request_first
//原型为:int end_that_request_first(struct request* req, int success, int count);
//此函数高数块设备层,已经完成count各扇区的传送.返回表示所有扇区传送完毕.
if(!end_that_request_first(req, uptodate, req->hard_cur_sectors)){
//add_disk_randomness()作用是使用块IO请求的定时来给系统的随机数池贡献熵,它不影响
//块设备,但仅当磁盘的操作时间是真正随机的时候,才调用它.
add_disk_randomness(req->rq_disk);
blkdev_dequeue_request(req);//清除此请求.
end_that_request_last(req);//通知等待此请求的对象,此请求已经完成
}
}
下面是一个更复杂的请求函数,分别遍历了request,bio,以及bio中的segment
//请求函数遍历请求,bio和段
static void xxx_full_request(request_queue_t* q){
struct request* req;
int sectors_xferred;
struct xxx_dev* dev = q->queuedata;
//XXX 遍历请求队列中的每个请求--request
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 = xxx_xfer_reqeust(dev, req);
if(!end_that_request_first(req, 1, sectors_xferred)){
blkdev_dequeue_reqeust(req);
end_that_request_last(req);
}
}
}
//XXX 请求处理
static int xxx_xfer_request(struct xxx_dev* dev, struct reqeust* req){
struct bio* bio;
int nsect = 0;
//遍历请求中的每个bio
rq_for_each_bio(bio, req){
xxx_xfer_bio(dev, bio);
nsect += bio->bi_size / KERNEL_SECTOR_SIZE;
}
return nsect;
}
//XXX bio处理
static int xxx_xfer_bio(struct xxx_dev* dev, struct bio* bio){
int i;
struct bio_vec* bvec;
sector_t sector = bio->bi_sector;
//遍历每一个segment
bio_for_each_segment(bvec, bio, i){
char* buffer = __bio_kmap_atomic(bio, i, KM_USER0);
xxx_transfer(dev, sector, bio_cur_sectors(bio), buffer,\
bio_data_dir(bio) == WRITE);
sector += bio_cur_sectors(bio);
__bio_kunmap_atomic(bio, KMUSER0);
}
return 0;
}
Ø 不使用请求队
对于机械的磁盘设备而言,请求队列有助于提高系统性能.但对于如SD卡,RAM盘等可随机访问的块设备,请求队列无法获益.对于这些设备,块层支持"无队列"的操作模式,驱动为此必须提供一个"制造请求"函数(注意:这不是请求函数哦),"制造请求"函数的原型为:
typedef int (make_request_fn) (request_queue_t* q, struct bio* bio);
此函数的第一个参数,是一个"请求队列",但实际并不包含任何请求.所以主要参数是bio,它表示一个或多个要传送的缓冲区.此函数或直接进行传输,或将请求重定向给其他设备.在处理完成之后,应使用bio_endio()通知处理结束.bio_endio()原型如下:
void bio_endio(struct bio* bio, unsigned int byetes, int error);
bytes是已经传送的字节数(注意:bytes≤bio->bi_size),这个函数同时更新了bio的当前缓冲区指针.当设备进一步处理bio后,驱动应再次调用bio_endio(),如不能完成请求,将错误码赋给error参数,并在函数中得以处理.此函数无论处理IO成功与否都返回0,如果返回非零值,则bio将再次被提交:
static int xxx_make_request(request_queue_t* q, struct bio* bio){
struct xxx_dev* dev = q->queuedata;
int status = xxx_xfer_bio(dev, bio);//处理bio
bio_endio(bio, bio->bi_size, status);//报告结束
return 0;
}
说明:这里要指出,如果是无队列的IO请求处理,其加载模块应使用<<代码1:使用blk_alloc_queue函数完成块设备驱动的模块加载模板>>,否则应使用<<代码2:使用blk_init_queue函数完成块设备驱动的模块加载模板>>.代码1与代码2见:Linux块设备驱动(3)--块设备驱动相关模块模板