块request如何被转换为一个或多个bio

时间: 2024-05-21 18:10:15 浏览: 113

详细分析一个块设备驱动程序开发过程

### 详细分析一个块设备驱动程序开发过程 #### 前言在现代操作系统中，块设备驱动程序作为操作系统与硬件之间的重要桥梁，扮演着关键角色。本文将深入探讨一个块设备驱动程序的开发过程，从理论基础到实践操作，为初学者提供全面指导。 #### 块设备基础知识 - **定义**：块设备是指能够按照固定大小的块来进行读写的设备。这些设备通常包括硬盘、光盘驱动器等。 - **作用**：块设备主要用于存储数据，并支持文件系统的读写操作。 - **特性**：块设备的主要特点是按块读写，即数据传输的基本单位是一个固定长度的数据块，常见的块大小为512字节或4096字节。 #### 开发环境准备在开始开发之前，确保你的开发环境符合以下要求： - Linux操作系统：推荐使用Ubuntu或Fedora等发行版。 - 内核源码：下载最新的Linux内核源码或使用系统自带的内核版本。 - 编译工具链：确保安装了GCC和其他必要的开发工具。 - 熟悉makefile和模块编译流程。 #### 设备驱动程序概述 - **目的**：本文的目标是创建一个能够在内存中模拟块设备的驱动程序，该驱动支持基本的文件系统操作。 - **特点**： - **易于上手**：适用于初学者，无需深入了解复杂的硬件细节。 - **扩展性强**：通过开发这样一个简单的块设备驱动，可以引出更多关于Linux内核的知识点。 - **稀缺性**：目前市面上关于块设备驱动的教程较少，本教程填补了这一空白。 #### 模块初始化与卸载我们需要创建一个简单的模块，用于演示如何在Linux内核中注册和注销设备。下面是一个简单的模块示例： ```c #include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> static int __init init_base(void) { printk(KERN_INFO "----Hello, World----\n"); return 0; } static void __exit exit_base(void) { printk(KERN_INFO "----Goodbye----\n"); } module_init(init_base); module_exit(exit_base); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("Zhao Lei"); MODULE_DESCRIPTION("For test"); ``` 该模块实现了两个函数`init_base`和`exit_base`，分别用于模块的初始化和卸载。其中`module_init`和`module_exit`宏定义了这两个函数的作用。 #### 创建块设备驱动接下来，我们将创建一个块设备驱动。这个驱动将使用`add_disk`函数向系统中添加一个虚拟的块设备，并且能够在系统中被识别为一个磁盘设备。 - **步骤1：分配和配置设备** ```c static struct gendisk *simp_blkdev_disk; static int __init simp_blkdev_init(void) { simp_blkdev_disk = alloc_disk(1); // 分配一个块设备 if (!simp_blkdev_disk) { printk(KERN_ERR "Failed to allocate disk.\n"); return -ENOMEM; } // 设置设备名称 simp_blkdev_disk->major = MY_MAJOR_NUMBER; // 自定义主设备号 simp_blkdev_disk->first_minor = 0; simp_blkdev_disk->fops = &my_block_fops; // 设备文件操作结构 simp_blkdev_disk->majors[0] = MY_MAJOR_NUMBER; set_capacity(simp_blkdev_disk, 1024 * 1024); // 设置容量 simp_blkdev_disk->queue = blk_init_queue(my_make_request_fn, NULL); // 初始化请求队列 // 注册设备 add_disk(simp_blkdev_disk); printk(KERN_INFO "Block device driver initialized.\n"); return 0; } ``` 在这个例子中，我们首先通过`alloc_disk`函数分配了一个`gendisk`结构体，然后设置了设备的主设备号、次设备号、文件操作结构体等信息。我们调用`add_disk`函数将这个设备加入到系统中。 - **步骤2：定义文件操作** 为了使我们的块设备能够响应文件系统操作，需要定义一个文件操作结构体(`file_operations`)，并实现一些基本的文件操作方法，例如`read`、`write`等。 ```c static ssize_t my_block_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { // 实现读操作 return count; } static ssize_t my_block_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { // 实现写操作 return count; } static const struct file_operations my_block_fops = { .owner = THIS_MODULE, .read = my_block_read, .write = my_block_write, }; ``` - **步骤3：处理I/O请求** 在实际操作中，当用户空间的应用程序发起读写请求时，这些请求会被转换成I/O请求发送到内核空间。因此，我们需要定义一个请求处理函数，该函数将处理所有的I/O请求。 ```c static int my_make_request_fn(struct bio *bio) { // 处理I/O请求 return 0; } ``` #### 总结本文详细介绍了如何开发一个简单的块设备驱动程序。通过这个教程，我们不仅学会了如何在Linux内核中注册和注销一个块设备，而且还了解了如何实现基本的文件系统操作。这对于理解Linux内核的工作原理以及开发自己的设备驱动程序具有重要意义。需要注意的是，本文提供的代码仅为示例性质，实际应用中还需要根据具体的硬件特性进行相应的调整。此外，对于更复杂的设备驱动开发，建议深入学习相关的内核API文档和技术资料。

一个块request可以被转换为一个或多个bio（块输入/输出），具体取决于请求涉及的数据量和磁盘存储的大小。每个bio都包含数据块的指针和长度，用于在磁盘上执行读取或写入操作。如果请求数据的大小大于磁盘块的大小，则请求将被拆分为多个bio，每个bio都包含一部分数据。这些bio将按顺序排列，以确保数据按正确的顺序读取或写入。如果请求的数据大小小于磁盘块的大小，则只需要一个bio来处理请求。

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