上回最后面介紹了相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，下面再詳細(xì)介紹

塊設(shè)備對(duì)象結(jié)構(gòu) block_device

內(nèi)核用結(jié)構(gòu)block_device實(shí)例代表一個(gè)塊設(shè)備對(duì)象，如：整個(gè)硬盤(pán)或特定分區(qū)。如果該結(jié)構(gòu)代表一個(gè)分區(qū)，則其成員bd_part指向設(shè)備的分區(qū)結(jié)構(gòu)。如果該結(jié)構(gòu)代表設(shè)備，則其成員bd_disk指向設(shè)備的通用硬盤(pán)結(jié)構(gòu)gendisk

當(dāng)用戶打開(kāi)塊設(shè)備文件時(shí)，內(nèi)核創(chuàng)建結(jié)構(gòu)block_device實(shí)例，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序還將創(chuàng)建結(jié)構(gòu)gendisk實(shí)例，分配請(qǐng)求隊(duì)列并注冊(cè)結(jié)構(gòu)block_device實(shí)例。

塊設(shè)備對(duì)象結(jié)構(gòu)block_device列出如下（在include/Linux/fs.h中）

[cpp]?view plaincopy print?

struct?block_device?{??

dev_t?bd_dev;??/*?not?a?kdev_t?-?it's?a?search?key?*/??

struct?inode?*?bd_inode;?/*?分區(qū)節(jié)點(diǎn)?*/??

struct?super_block?*?bd_super;??

int?bd_openers;??

struct?mutex?bd_mutex;/*?open/close?mutex?打開(kāi)與關(guān)閉的互斥量*/??

struct?semaphore?bd_mount_sem;????/*掛載操作信號(hào)量*/???

struct?list_head?bd_inodes;??

void?*?bd_holder;??

int?bd_holders;??

#ifdef?CONFIG_SYSFS??

struct?list_head?bd_holder_list;??

#endif??

struct?block_device?*?bd_contains;??

unsigned?bd_block_size;?????/*分區(qū)塊大小*/??

struct?hd_struct?*?bd_part;??

unsigned?bd_part_count;???/*打開(kāi)次數(shù)*/??

int?bd_invalidated;??

struct?gendisk?*?bd_disk;?/*設(shè)備為硬盤(pán)時(shí)，指向通用硬盤(pán)結(jié)構(gòu)*/??

struct?list_head?bd_list;??

struct?backing_dev_info?*bd_inode_backing_dev_info;??

unsigned?long?bd_private;??

/*?The?counter?of?freeze?processes?*/??

int?bd_fsfreeze_count;??

/*?Mutex?for?freeze?*/??

struct?mutex?bd_fsfreeze_mutex;??

};??

通用硬盤(pán)結(jié)構(gòu) gendisk

結(jié)構(gòu)體gendisk代表了一個(gè)通用硬盤(pán)（generic hard disk）對(duì)象，它存儲(chǔ)了一個(gè)硬盤(pán)的信息，包括請(qǐng)求隊(duì)列、分區(qū)鏈表和塊設(shè)備操作函數(shù)集等。塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分配結(jié)構(gòu)gendisk實(shí)例，裝載分區(qū)表，分配請(qǐng)求隊(duì)列并填充結(jié)構(gòu)的其他域。

支持分區(qū)的塊驅(qū)動(dòng)程序必須包含 <linux/genhd.h> 頭文件，并聲明一個(gè)結(jié)構(gòu)gendisk，內(nèi)核還維護(hù)該結(jié)構(gòu)實(shí)例的一個(gè)全局鏈表gendisk_head，通過(guò)函數(shù)add_gendisk、del_gendisk和get_gendisk維護(hù)該鏈表。

結(jié)構(gòu)gendisk列出如下（在include/linux/genhd.h中）：

[cpp]?view plaincopy print?

struct?gendisk?{??

????int?major;????????????/*?驅(qū)動(dòng)程序的主設(shè)備號(hào)?*/??

????int?first_minor;???????/*第一個(gè)次設(shè)備號(hào)*/??

????int?minors;??????????/*次設(shè)備號(hào)的最大數(shù)量，沒(méi)有分區(qū)的設(shè)備，此值為1?*/??

????char?disk_name[32];??/*?主設(shè)備號(hào)驅(qū)動(dòng)程序的名字*/??

????struct?hd_struct?**part;???/*?分區(qū)列表，由次設(shè)備號(hào)排序?*/??

????struct?block_device_operations?*fops;??/*塊設(shè)備操作函數(shù)集*/??

????struct?request_queue?*queue;?????????/*請(qǐng)求隊(duì)列*/??

????struct?blk_scsi_cmd_filter?cmd_filter;??

????void?*private_data;?????????????????/*私有數(shù)據(jù)*/??

????sector_t?capacity;?????/*?函數(shù)set_capacity設(shè)置的容量，以扇區(qū)為單位*/??

????int?flags;?????????????????/*設(shè)置驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)的標(biāo)志，如：可移動(dòng)介質(zhì)為?

GENHD_FL_REMOVABLE*/??

????struct?device?dev;?????????????????/*從設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型基類(lèi)結(jié)構(gòu)device繼承*/??

????struct?kobject?*holder_dir;??

????struct?kobject?*slave_dir;??

?struct?timer_rand_state?*random;??

????int?policy;???

????atomic_t?sync_io;????????/*?RAID?*/??

????unsigned?long?stamp;??

????int?in_flight;??

#ifdef??CONFIG_SMP??

????struct?disk_stats?*dkstats;????

#else??

/*硬盤(pán)統(tǒng)計(jì)信息，如：讀或?qū)懙纳葏^(qū)數(shù)、融合的扇區(qū)數(shù)、在請(qǐng)求隊(duì)列的時(shí)間等*/??

????struct?disk_stats?dkstats;??

#endif??

????struct?work_struct?async_notify;??

#ifdef??CONFIG_BLK_DEV_INTEGRITY??

????struct?blk_integrity?*integrity;???/*用于數(shù)據(jù)完整性擴(kuò)展*/??

#endif??

};??

Linux內(nèi)核提供了一組函數(shù)來(lái)操作gendisk，主要包括：
分配gendisk
struct gendisk *alloc_disk(int minors);
minors 參數(shù)是這個(gè)磁盤(pán)使用的次設(shè)備號(hào)的數(shù)量，一般也就是磁盤(pán)分區(qū)的數(shù)量，此后minors不能被修改。
增加gendisk
gendisk結(jié)構(gòu)體被分配之后，系統(tǒng)還不能使用這個(gè)磁盤(pán)，需要調(diào)用如下函數(shù)來(lái)注冊(cè)這個(gè)磁盤(pán)設(shè)備：
void add_disk(struct gendisk *gd);
特別要注意的是對(duì)add_disk()的調(diào)用必須發(fā)生在驅(qū)動(dòng)程序的初始化工作完成并能響應(yīng)磁盤(pán)的請(qǐng)求之后。

?釋放gendisk
當(dāng)不再需要一個(gè)磁盤(pán)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用如下函數(shù)釋放gendisk：
void del_gendisk(struct gendisk *gd);

設(shè)置gendisk容量
void set_capacity(struct gendisk *disk, sector_t size);
塊設(shè)備中最小的可尋址單元是扇區(qū)，扇區(qū)大小一般是2的整數(shù)倍，最常見(jiàn)的大小是512字節(jié)。扇區(qū)的大小是設(shè)備的物理屬性，扇區(qū)是所有塊設(shè)備的基本單元，塊設(shè)備 無(wú)法對(duì)比它還小的單元進(jìn)行尋址和操作，不過(guò)許多塊設(shè)備能夠一次就傳輸多個(gè)扇區(qū)。雖然大多數(shù)塊設(shè)備的扇區(qū)大小都是512字節(jié)，不過(guò)其它大小的扇區(qū)也很常見(jiàn)， 比如，很多CD-ROM盤(pán)的扇區(qū)都是2K大小。不管物理設(shè)備的真實(shí)扇區(qū)大小是多少，內(nèi)核與塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)交互的扇區(qū)都以512字節(jié)為單位。因此，set_capacity()函數(shù)也以512字節(jié)為單位。

分區(qū)結(jié)構(gòu)hd_struct代表了一個(gè)分區(qū)對(duì)象，它存儲(chǔ)了一個(gè)硬盤(pán)的一個(gè)分區(qū)的信息，驅(qū)動(dòng)程序初始化時(shí)，從硬盤(pán)的分區(qū)表中提取分區(qū)信息，存放在分區(qū)結(jié)構(gòu)實(shí)例中。

塊設(shè)備操作函數(shù)集結(jié)構(gòu) block_device_operations

字符設(shè)備通過(guò) file_operations 操作結(jié)構(gòu)使它們的操作對(duì)系統(tǒng)可用. 一個(gè)類(lèi)似的結(jié)構(gòu)用在塊設(shè)備上是 struct block_device_operations,
定義在 <linux/fs.h>.?
int (*open)(struct inode *inode, struct file *filp);?
int (*release)(struct inode *inode, struct file *filp);?
就像它們的字符驅(qū)動(dòng)對(duì)等體一樣工作的函數(shù); 無(wú)論何時(shí)設(shè)備被打開(kāi)和關(guān)閉都調(diào)用它們. 一個(gè)字符驅(qū)動(dòng)可能通過(guò)啟動(dòng)設(shè)備或者鎖住門(mén)(為可移出的介質(zhì))來(lái)響應(yīng)一個(gè) open 調(diào)用. 如果你將介質(zhì)鎖入設(shè)備, 你當(dāng)然應(yīng)當(dāng)在 release 方法中解鎖.
int (*ioctl)(struct inode *inode, struct file *filp,?
????????????????????????? unsigned int cmd, unsigned long arg);?
實(shí)現(xiàn) ioctl 系統(tǒng)調(diào)用的方法. 但是, 塊層首先解釋大量的標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求; 因此大部分的塊驅(qū)動(dòng) ioctl 方法相當(dāng)短.

PS：在block_device_operations中沒(méi)有實(shí)際讀或?qū)憯?shù)據(jù)的函數(shù). 在塊 I/O 子系統(tǒng), 這些操作由請(qǐng)求函數(shù)處理

請(qǐng)求結(jié)構(gòu)request

結(jié)構(gòu)request代表了掛起的I/O請(qǐng)求，每個(gè)請(qǐng)求用一個(gè)結(jié)構(gòu)request實(shí)例描述，存放在請(qǐng)求隊(duì)列鏈表中，由電梯算法進(jìn)行排序，每個(gè)請(qǐng)求包含1個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)bio實(shí)例

[cpp]?view plaincopy print?

struct?request?{??

????//用于掛在請(qǐng)求隊(duì)列鏈表的節(jié)點(diǎn)，使用函數(shù)blkdev_dequeue_request訪問(wèn)它，而不能直接訪??

問(wèn)??

????struct?list_head?queuelist;???

????struct?list_head?donelist;??/*用于掛在已完成請(qǐng)求鏈表的節(jié)點(diǎn)*/??

????struct?request_queue?*q;???/*指向請(qǐng)求隊(duì)列*/??

????unsigned?int?cmd_flags;????/*命令標(biāo)識(shí)*/??

????enum?rq_cmd_type_bits?cmd_type;??/*命令類(lèi)型*/??

????/*各種各樣的扇區(qū)計(jì)數(shù)*/??

???/*為提交i/o維護(hù)bio橫斷面的狀態(tài)信息，hard_*成員是塊層內(nèi)部使用的，驅(qū)動(dòng)程序不應(yīng)該改變?

它們*/??

????sector_t?sector;?????/*將提交的下一個(gè)扇區(qū)*/??

????sector_t?hard_sector;????????/*?將完成的下一個(gè)扇區(qū)*/??

????unsigned?long?nr_sectors;??/*?整個(gè)請(qǐng)求還需要傳送的扇區(qū)數(shù)*/??

????unsigned?long?hard_nr_sectors;?/*?將完成的扇區(qū)數(shù)*/??

?/*在當(dāng)前bio中還需要傳送的扇區(qū)數(shù)?*/??

????unsigned?int?current_nr_sectors;??

????/*在當(dāng)前段中將完成的扇區(qū)數(shù)*/??

????unsigned?int?hard_cur_sectors;??

????struct?bio?*bio;?????/*請(qǐng)求中第一個(gè)未完成操作的bio*、?

????struct?bio?*biotail;?/*請(qǐng)求鏈表中末尾的bio*、?

????struct?hlist_node?hash;??/*融合?hash?*/??

????/*?rb_node僅用在I/O調(diào)度器中，當(dāng)請(qǐng)求被移到分發(fā)隊(duì)列中時(shí)，?

請(qǐng)求將被刪除。因此，讓completion_data與rb_node分享空間*/??????

????union?{??

????????struct?rb_node?rb_node;???/*?排序/查找*/??

????????void?*completion_data;??

????};??

?request結(jié)構(gòu)體的主要成員包括：
?sector_t hard_sector;?
unsigned long hard_nr_sectors;?
unsigned int hard_cur_sectors;?
上述3個(gè)成員標(biāo)識(shí)還未完成的扇區(qū)，hard_sector是第1個(gè)尚未傳輸?shù)纳葏^(qū)，hard_nr_sectors是尚待完成的扇區(qū)數(shù)，hard_cur_sectors是并且當(dāng)前I/O操作中待完成的扇區(qū)數(shù)。這些成員只用于內(nèi)核塊設(shè)備層，驅(qū)動(dòng)不應(yīng)當(dāng)使用它們。

?sector_t sector;?
unsigned long nr_sectors;?
unsigned int current_nr_sectors;?
驅(qū)動(dòng)中會(huì)經(jīng)常與這3個(gè)成員打交道，這3個(gè)成員在內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)交互中發(fā)揮著重大作用。它們以512字節(jié)大小為1個(gè)扇區(qū)，如果硬件的扇區(qū)大小不是512字節(jié)，則需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。例如，如果硬件的扇區(qū)大小是2048字節(jié)，則在進(jìn)行硬件操作之前，需要用4來(lái)除起始扇區(qū)號(hào)。

?hard_sector、hard_nr_sectors、hard_cur_sectors與sector、nr_sectors、current_nr_sectors之間可認(rèn)為是“副本”關(guān)系。

struct bio *bio;?
bio是這個(gè)請(qǐng)求中包含的bio結(jié)構(gòu)體的鏈表，驅(qū)動(dòng)中不宜直接存取這個(gè)成員，而應(yīng)該使用后文將介紹的rq_for_each_bio()。

請(qǐng)求隊(duì)列結(jié)構(gòu)request_queue

每個(gè)塊設(shè)備都有一個(gè)請(qǐng)求隊(duì)列，每個(gè)請(qǐng)求隊(duì)列單獨(dú)執(zhí)行I/O調(diào)度，請(qǐng)求隊(duì)列是由請(qǐng)求結(jié)構(gòu)實(shí)例鏈接成的雙向鏈表，鏈表以及整個(gè)隊(duì)列的信息用結(jié)構(gòu)request_queue描述，稱(chēng)為請(qǐng)求隊(duì)列對(duì)象結(jié)構(gòu)或請(qǐng)求隊(duì)列結(jié)構(gòu)。它存放了關(guān)于掛起請(qǐng)求的信息以及管理請(qǐng)求隊(duì)列（如：電梯算法）所需要的信息。結(jié)構(gòu)成員request_fn是來(lái)自設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的請(qǐng)求處理函數(shù)。

請(qǐng)求隊(duì)列結(jié)構(gòu)request_queue列出如下（在/include/linux/blk_dev.h中）

太長(zhǎng)了，此處略，其實(shí)也看不懂，- -#

Bio結(jié)構(gòu)

通常1個(gè)bio對(duì)應(yīng)1個(gè)I/O請(qǐng)求，IO調(diào)度算法可將連續(xù)的bio合并成1個(gè)請(qǐng)求。所以，1個(gè)請(qǐng)求可以包含多個(gè)bio。

內(nèi)核中塊I/O操作的基本容器由bio結(jié)構(gòu)體表示，定義 在<linux/bio.h>中，該結(jié)構(gòu)體代表了正在現(xiàn)場(chǎng)的（活動(dòng)的）以片段（segment）鏈表形式組織的塊I/O操作。一個(gè)片段是一小 塊連續(xù)的內(nèi)存緩沖區(qū)。這樣的好處就是不需要保證單個(gè)緩沖區(qū)一定要連續(xù)。所以通過(guò)片段來(lái)描述緩沖區(qū)，即使一個(gè)緩沖區(qū)分散在內(nèi)存的多個(gè)位置上，bio結(jié)構(gòu)體也 能對(duì)內(nèi)核保證I/O操作的執(zhí)行，這樣的就叫做聚散I/O.
bio為通用層的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，既描述了磁盤(pán)的位置，又描述了內(nèi)存的位置，是上層內(nèi)核vfs與下層驅(qū)動(dòng)的連接紐帶

[cpp]?view plaincopy print?

struct?bio?{??

sector_t????????bi_sector;//該bio結(jié)構(gòu)所要傳輸?shù)牡谝粋€(gè)（512字節(jié)）扇區(qū)：磁盤(pán)的位置??

struct?bio????????*bi_next;????//請(qǐng)求鏈表??

struct?block_device????*bi_bdev;//相關(guān)的塊設(shè)備??

unsigned?long????????bi_flags//狀態(tài)和命令標(biāo)志??

unsigned?long????????bi_rw;?//讀寫(xiě)??

unsigned?short????????bi_vcnt;//bio_vesc偏移的個(gè)數(shù)??

unsigned?short????????bi_idx;????//bi_io_vec的當(dāng)前索引??

unsigned?short????????bi_phys_segments;//結(jié)合后的片段數(shù)目??

unsigned?short????????bi_hw_segments;//重映射后的片段數(shù)目??

unsigned?int????????bi_size;????//I/O計(jì)數(shù)??

unsigned?int????????bi_hw_front_size;//第一個(gè)可合并的段大小;??

unsigned?int????????bi_hw_back_size;//最后一個(gè)可合并的段大小??

unsigned?int????????bi_max_vecs;????//bio_vecs數(shù)目上限??

struct?bio_vec????????*bi_io_vec;????//bio_vec鏈表：內(nèi)存的位置??

bio_end_io_t????????*bi_end_io;//I/O完成方法??

atomic_t????????bi_cnt;?//使用計(jì)數(shù)??

void????????????*bi_private;?//擁有者的私有方法??

bio_destructor_t????*bi_destructor;????//銷(xiāo)毀方法??

};??

內(nèi)存數(shù)據(jù)段結(jié)構(gòu)bio_vec

?????? 結(jié)構(gòu)bio_vec代表了內(nèi)存中的一個(gè)數(shù)據(jù)段，數(shù)據(jù)段用頁(yè)、偏移和長(zhǎng)度描
述。I/O需要執(zhí)行的內(nèi)存位置用段表示，結(jié)構(gòu)bio指向了一個(gè)段的數(shù)組。
結(jié)構(gòu)bio_vec列出如下（在include/linux/bio.h中）：
struct bio_vec {
?????? struct page???? *bv_page;?? /*數(shù)據(jù)段所在的頁(yè)*/
?????? unsigned short? bv_len;???? /*數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度*/
?????? unsigned short? bv_offset;? /*數(shù)據(jù)段頁(yè)內(nèi)偏移*/
};

塊設(shè)備各個(gè)結(jié)構(gòu)體間關(guān)系

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/Ph-one/p/6435916.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux设备驱动--块设备（二）之相关结构体的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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