设备驱动程序（二）

三、块设备

             1、申请与释放设备编号

                   块设备驱动程序在使用前，必须向内核注册设备号，内核函数原型：

                   int register_blkdev(unsigned int major,const char *name);

                  major是需要注册的主设备号；name为驱动程序在/proc/devices中显示的名字。在驱动程序卸载时，原先注册的主设备号需要归还组内核，

                  int unregister_blkdev(unsinged int major,const char *name);

             2、注册磁盘

                 驱动程序通过内核函数register_bkldev()注册主设备号后，并不能让系统使用任何磁盘。内核中由gendisk结构表示一个独立的磁盘设备，块设备驱动程序在注册主设备号之后，需要设置gendisk结构，并将该结构添加到内核中。

                 

                   若磁盘设备是可被分区，每个分区都需要分配一个次设备号。minors成员常取16.。fops是块设备提供给内核的接口   内核通过这些接口完成用户对设备的驱动操作。 queue成员是块设备所用到的请求队列。capacity是以512B为一个扇区时，该设备所包含的扇区数；驱动程序不能直接设置该值而要通过set_capacity()内核函数来设置。

                 gendisk是一个动态分配的结构它需要内核的特殊处理来进行初始化，驱动程序不能分配该结构 ，须执行内核函数:

                  struct gendisk *alloc_disk(int minors);

                   参数minors是该磁盘使用的次设备号的数量。gendisk申请后，其值是不能改变的。用户不再需要使用gendisk时，必须通过del_gendisl()函数将gendisk结构删除。

驱动程序将gendisk设置完后，需要将gendisk注册进内核。：

                   void add_disk(struct gendisk *gd);

                  一旦调用add_disk，内核就有可能随时操作gendisk。因此gendisk只有在初始化完毕后，才能调用add_disk进行注册。

                  在gendisk结构中，fops的类型为block_devic_operations,该结构主要成员：

                 

          int(*open)(struct inode*,struct file*);          int (*release)(struct inode*,struct file*);          int(*ioctl)(struct inode*,stuct file*,unsigned,unsigned long);          int(*media_changed)(struct gendisk*);          int(*revalidate_disk)(struct gendisk*);

                 3、bio结构体

                   自v2.5内核版本起，为块设备引入一种新型、灵活的容器bio结构体来实现I/O。该结构体代表正在活动的、以片段链表形式组织的块I/Or操作，一个片段是需要传输的一小块连续的主存缓冲区。这样，就不需要保证单个 缓冲区一定结。

                   

                       

                 使用bio结构体的目的主要是代表正在现场执行的I/O操作，该结构体中的主要域都是用来管理相关信息的。

                                      

                 bi_io_vec域指向一个bio_vec结构体数组，该结构体链表包含一个特定I/O操作所需要使用的所有的片段。每个bio_vec结构都是一个形式为<page,offset,len>的向量，描述为：片段所在的页框、块在页框中的偏移位置、从给定偏移量开始的块长度。bio_vec 结构描述I/O缓冲区，整个bio_io_vec结构体数组表示一个完整的缓冲区。

                  

                     在每次启动一个新的I/Or操作时，需要通过内核函数bio_alloc()申请一个新的bio结构。操作bio结构体的内核函数：

                     bio_alloc()、bio_get()和bio_out()管理bio结构体的分配、引用计数和bio结构体的释放。

                 4、  请求队列

                     扶起的块I/O请求保存在请求队列中，该队列由request_queue结构体表示。请求队列表中的每一项都是一个单独的请求，由request结构体表示 。

                     请求结构体request:

                      

                   

                       请求队列结构定义：

                        

                          块的读写操作是通过由内核经调用的generic_file_read()和blkdev_file_write()内核函数完成对设备的读写。

                          即当用户对设备发出读操作时，generic_file_read()将一个读请求发送给设备驱动程序，并积存在该设备的请求队列中。内核对这些请求进行调度，并将请求交给驱动程序执行。

                             创建和初始化请求队列的内核函数是：

                           request_queue_t *blk_init_queue(queue_fn_proc *rfn,spinlock_t*lock);

                          其中，rfn是驱动程序提供的一个函数指针，该函数是真正用于实现设备的按读写请求；lock是驱动程序提供的一个自旋锁，内核通过该自旋锁实现请求队列的同步保护;函数的返回值是一个请求队列的指针。当请求队列不再使用时，驱动程序需要将请求队列归还：

                          void blk_cleanup_queue(request_queue_t*q);

                         请求队列中，的成员queuedata，它是供驱动程序自行使用的，若驱动程序用该成员指向一段动态分配的内存，则在卸载驱动程序时，要负责将该段主存回收。请求队列的每一个读写请求在内核中用request结构定义，request结构与驱动程序相关的成员：

                              struct request{

                                  sector_t sector;//请求的开始扇区的索引号

                                  unsigned  long nr_sectors;//传输的扇区数

                                 /*buffer是要传输或要接受数据的缓冲区指针，该指针在内核 的虚拟地址中，驱动程序可以直接引用它。*/

                             }

                       当创建请求队列时，需要绑定一个request()内核函数，用于处理请求队列中请求：

                         void request(request_queue_t*queue);

                         块设备的读、写操作都是由request(）完成 的。

                      5、页高速缓存

                        Linux页高速缓冲由address_space结构体描述：

                         

                            address_space结构与某些对象相关联。其中a_ops指向地址空间对象中的操作函数表，它由 address_space_operations结构表示：