Linux内核详解：低级读写操作与设备管理流程

本文档深入探讨了Linux内核中的低级读写操作，主要关注`ll_rw_block`函数及其在设备管理中的作用。该函数位于`ll_rw_blk.c`文件的第145行，用于完成对块设备的读写操作，接收两个关键参数：`rw`（读写命令）和`bh`（缓冲区头指针）。在Linux内核的设备管理模块中，这个函数是实现设备与应用程序交互的核心组件。 首先，理解设备管理模块的基本工作原理。设备管理模块负责管理硬件设备，包括硬盘驱动和虚拟盘驱动。当进程需要读取或写入数据时，它会通过设备驱动程序向设备管理模块发出请求。这个过程可以分为以下几个步骤： 1. **设备读取操作**： - 进程向缓冲区模块发起2扇区的读取请求。 - 缓冲区模块检查请求的块是否已存在于缓存中。若存在，则直接返回；否则，提交给设备管理模块。 - 设备管理模块判断设备是否空闲，如空闲则发送命令，否则将请求加入设备队列。 - 设备控制器从设备读取数据，产生中断后，中断处理程序将数据存储到内存缓冲区并唤醒进程。 2. **设备写入操作**： - 当缓冲区中的块需要回写时，缓冲区模块决定执行写操作。 - 同样，先检查设备状态，向设备发送命令和数据，非空闲时放入队列。 - 控制器写入数据，产生中断，中断处理程序释放进程。 设备间的区分是通过主设备号（如硬盘、磁带等）和次设备号（同一类型设备的唯一标识）实现的。逻辑设备号由这两个数字组合而成，通过宏定义`MAJOR`和`MINOR`进行转换。设备管理中还涉及到`request`结构体，包含了逻辑设备号、命令、错误计数、扇区信息、缓冲区指针和等待进程等重要字段。 在低级读写流程中，基于缓冲区头构建请求队列，只有当队列中没有其他请求时，新请求才会被添加。这个函数是设备驱动与内核核心之间通信的桥梁，对于理解Linux设备驱动模型和内核调度机制至关重要。 学习和掌握这个函数有助于深入理解Linux内核如何管理硬件设备，以及如何确保数据在内核空间与用户空间之间的高效传输，对于系统级编程和内核开发者来说是必不可少的知识。