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<html xmlns:cf="http://docbook.sourceforge.net/xmlns/chunkfast/1.0"><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=gb2312"><title>第 16 章 块驱动-Linux设备驱动第三版（中文版）</title><meta name="description" content="驱动开发" /><meta name="keywords" content="Linux设备驱动,中文版,第三版,ldd,linux device driver,驱动开发,电子版,程序设计,软件开发,开发频道" /><meta name="verify-v1" content="5asbXwkS/Vv5OdJbK3Ix0X8osxBUX9hutPyUxoubhes=" /><link rel="stylesheet" href="docbook.css" type="text/css"><meta name="generator" content="DocBook XSL Stylesheets V1.69.0"><link rel="start" href="index.html" title="Linux 设备驱动 Edition 3"><link rel="up" href="index.html" title="Linux 设备驱动 Edition 3"><link rel="prev" href="ch15s05.html" title="15.5. 快速参考"><link rel="next" href="ch16s02.html" title="16.2. 块设备操作"></head><body bgcolor="white" text="black" link="#0000FF" vlink="#840084" alink="#0000FF"><div class="navheader"><table width="100%" summary="Navigation header"><tr><th colspan="3" align="center">第 16 章 块驱动</th></tr><tr><td width="20%" align="left"><a accesskey="p" href="ch15s05.html">上一页</a> </td><th width="60%" align="center"> </th><td width="20%" align="right"> <a accesskey="n" href="ch16s02.html">下一页</a></td></tr></table><hr></div><div class="chapter" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title"><a name="BlockDrivers.chap"></a>第 16 章 块驱动</h2></div></div></div><div class="toc"><p><b>目录</b></p><dl><dt><span class="sect1"><a href="ch16.html#Registration.sect1">16.1. 注册</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch16.html#BlockDriverRegistration.sect2">16.1.1. 块驱动注册</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch16.html#DiskRegistration.sect2">16.1.2. 磁盘注册</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch16.html#Initializationinsbull.sect2">16.1.3. 在 sbull 中的初始化</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch16.html#ANoteonSectorSizes.sect2">16.1.4. 注意扇区大小</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="ch16s02.html">16.2. 块设备操作</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch16s02.html#TheopenandreleaseMethods.sect2">16.2.1. open 和 release 方法</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch16s02.html#SupportingRemovableMedia.sect2">16.2.2. 支持可移出的介质</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch16s02.html#TheioctlMethod.sect2">16.2.3. ioctl 方法</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="ch16s03.html">16.3. 请求处理</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch16s03.html#IntroductiontotherequestMethod.sect2">16.3.1. 对请求方法的介绍</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch16s03.html#ASimplerequestMethod.sect2">16.3.2. 一个简单的请求方法</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch16s03.html#RequestQueues.sect2">16.3.3. 请求队列</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch16s03.html#TheAnatomyofaRequest.sect2">16.3.4. 请求的分析</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch16s03.html#RequestCompletionFunctions.sect2">16.3.5. 请求完成函数</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="ch16s04.html">16.4. 一些其他的细节</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="sect2"><a href="ch16s04.html#CommandPrePreparation.sect2">16.4.1. 命令预准备</a></span></dt><dt><span class="sect2"><a href="ch16s04.html#TaggedCommandQueueing.sect2">16.4.2. 被标识的命令排队</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="sect1"><a href="ch16s05.html">16.5. 快速参考</a></span></dt></dl></div><p>至今, 我们的讨论一直限于字符驱动. 但是, 在 Linux 系统中有其他类型的驱动, 并且到时候要开阔我们的视野了. 因此, 本章讨论块驱动.</p><p>一个块驱动提供设备的存取, 这个设备可随机地以固定大小的块传送数据--主要的是, 磁盘驱动. Linux 内核看待块设备根本上不同于字符设备; 结果, 块驱动有明显不同的接口和它们自己的特殊的挑战.</p><p>高效的块驱动对于性能是重要的 -- 不只是为在用户应用程序的明确的读和写. 现代的有虚拟内存的系统将不需要的数据移向(希望地)二级存储中, 它常常是一个磁盘驱动器. 块驱动是核心内存和二级存储之间的导管; 因此, 它们可组成虚拟内存子系统的一部分. 虽然可能编写一个块驱动不必知道 struct page 和其他重要的内存概念, 任何需要编写一个高性能驱动的人必须使用 15 章所涉及的内容.</p><p>许多块层的设计围绕性能. 许多字符设备可在它们的最大速率以下运行, 并且系统的总体性能不被影响. 但是如果它的块 I/O 子系统没有调整好, 系统不能很好地运行. Linux 块驱动接口允许你从一个块设备中获得最多输出, 但是有必要, 施加一些你必须处理的复杂性. 好的是, 2.6 的块接口比之前的内核很大提高.</p><p>如你会期望的, 本章的讨论集中在一个例子驱动, 它实现了一个面向块的, 基于内存的设备. 基本上, 它是一个 ramdisk. 内核硬件包含了一个很高级的 ramdisk 实现, 但是我们的驱动(称为 sbull)让我们演示创建一个块驱动, 同时最小化无关的复杂性.</p><p>在进入细节之前, 我们精确定义几个词语. 一个块是一个固定大小的数据块, 大小由内核决定. 块常常是 4096 字节, 但是这个值可依赖体系和使用的文件系统而变化. 一个扇区, 相反, 是一个小块, 它的大小常常由底层的硬件决定. 内核期望处理实现 512-字节扇区的设备. 如果你的设备使用不同的大小, 内核调整并且避免产生硬件无法处理的 I/O 请求. 但是, 它值得记住, 任何时候内核给你一个扇区号, 它是工作在一个 512-字节扇区的世界. 如果你使用不同的硬件扇区大小, 你必须相应地调整内核的扇区号. 我们在 sbull 驱动中见如何完成这个.</p><div class="sect1" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="Registration.sect1"></a>16.1. 注册</h2></div></div></div><p>块驱动, 象字符驱动, 必须使用一套注册接口来使内核可使用它们的设备. 概念是类似的, 但是块设备注册的细节是都不同的. 你有一整套新的数据结构和设备操作要学习.</p><div class="sect2" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="BlockDriverRegistration.sect2"></a>16.1.1. 块驱动注册</h3></div></div></div><p>大部分块驱动采取的第一步是注册它们自己到内核. 这个任务的函数是 register_blkdev(在 <linux/fs.h> 中定义):</p><pre class="programlisting">int register_blkdev(unsigned int major, const char *name); </pre><p>参数是你的设备要使用的主编号和关联的名子(内核将显示它在 /proc/devices). 如果 major 传递为0, 内核分配一个新的主编号并且返回它给调用者. 如常, 自 register_blkdev 的一个负的返回值指示已发生了一个错误.</p><p>取消注册的对应函数是:</p><pre class="programlisting">int unregister_blkdev(unsigned int major, const char *name); </pre><p>这里, 参数必须匹配传递给 register_blkdev 的那些, 否则这个函数返回 -EINVAL 并且什么都不注销.</p><p>在2.6内核, 对 register_blkdev 的调用完全是可选的. 由 register_blkdev 所进行的功能已随时间正在减少; 这个调用唯一的任务是 (1) 如果需要, 分配一个动态主编号, 并且 (2) 在 /proc/devices 创建一个入口. 在将来的内核, register_blkdev 可能被一起去掉. 同时, 但是, 大部分驱动仍然调用它; 它是惯例.</p></div><div class="sect2" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="DiskRegistration.sect2"></a>16.1.2. 磁盘注册</h3></div></div></div><p>虽然 register_blkdev 可用来获得一个主编号, 它不使任何磁盘驱动器对系统可用. 有一个分开的注册接口你必须使用来管理单独的驱动器. 使用这个接口要求熟悉一对新结构, 这就是我们的起点.</p><div class="sect3" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h4 class="title"><a name="Blockdeviceoperations.sect3"></a>16.1.2.1. 块设备操作</h4></div></div></div><p>字符设备通过 file_ 操作结构使它们的操作对系统可用. 一个类似的结构用在块设备上; 它是 struct block_device_operations, 定义在 <linux/fs.h>. 下面是一个对这个结构中的成员的简短的概览; 当我们进入 sbull 驱动的细节时详细重新访问它们.</p><div class="variablelist"><dl><dt><span class="term"><span>int (*open)(struct inode *inode, struct file *filp);</span></span></dt><dd></dd><dt><span class="term"><span>int (*release)(struct inode *inode, struct file *filp);</span></span></dt><dd><p>就像它们的字符驱动对等体一样工作的函数; 无论何时设备被打开和关闭都调用它们. 一个字符驱动可能通过启动设备或者锁住门(为可移出的介质)来响应一个 open 调用. 如果你将介质锁入设备, 你当然应当在 release 方法中解锁.</p></dd><dt><span class="term"><span>int (*ioctl)(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg);</span></span></dt><dd><p>实现 ioctl 系统调用的方法. 但是, 块层首先解释大量的标准请求; 因此大部分的块驱动 ioctl 方法相当短.</p></dd><dt><span class="term"><span>int (*media_changed) (struct gendisk *gd);</span></span></dt><dd><p>被内核调用来检查是否用户已经改变了驱动器中的介质的方法, 如果是这样返回一个非零值. 显然, 这个方法仅适用于支持可移出的介质的驱动器(并且最好给驱动一个"介质被改变"标志); 在其他情况下可被忽略.</p><p>struct gendisk 参数是内核任何表示单个磁盘; 我们将在下一节查看这个结构.</p></dd><dt><span class="term"><span>int (*revalidate_disk) (struct gendisk *gd);</span></span></dt><dd><p>revalidate_disk 方法被调用来响应一个介质改变; 它给驱动一个机会来进行需要的任何工作使新介质准备好使用. 这个函数返回一个 int 值, 但是值被内核忽略.</p></dd><dt><span class="term"><span>struct module *owner;</span></span></dt><dd><p>一个指向拥有这个结构的模块的指针; 它应当常常被初始化为 THIS_MODULE.</p></dd></dl></div><p>专心的读者可能已注意到这个列表一个有趣的省略: 没有实际读或写数据的函数. 在块 I/O 子系统, 这些操作由请求函数处理, 它们应当有它们自己的一节并且在本章后面讨论. 在我们谈论服务请求之前, 我们必须完成对磁盘注册的讨论.</p></div><div class="sect3" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h4 class="title"><a name="Thegendiskstructure.sect3"></a>16.1.2.2. gendisk 结构</h4></div></div></div><p>struct gendisk (定义于 <linux/genhd.h>) 是单独一个磁盘驱动器的内核表示. 事实上, 内核还使用 gendisk 来表示分区, 但是驱动作者不必知道这点. struct gedisk 中有几个成员, 必须被一个块驱动初始化:</p><div class="variablelist"><dl><dt><span class="term"><span>int major;</span></span></dt><dd></dd><dt><span class="term"><span>int first_minor;</span></span></dt><dd></dd><dt><span class="term"><span>int minors;</span></span></dt><dd><p>描述被磁盘使用的设备号的成员. 至少, 一个驱动器必须使用最少一个次编号. 如果你的驱动会是可分区的, 但是(并且大部分应当是), 你要分配一个次编号给每个可能的分区. 次编号的一个普通的值是 16, 它允许"全磁盘"设备盒 15 个分区. 一些磁盘驱动使用 64 个次编号给每个设备.</p></dd><dt><span class="term"><span>char disk_name[32];</span></span></dt><dd><p>应当被设置为磁盘驱动器名子的成员. 它出现在 /proc/partitions 和 sysfs.</p></dd>⌨️ 快捷键说明
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