23.Linux-塊設備驅動(詳解)
阿新 • • 發佈：2017-10-13
裏的 end opacity 塊設備 dea 獲取request device geometry cat
通過上節的塊設備驅動分析,本節便通過內存來模擬塊設備驅動
參考內核自帶的塊設備驅動程序:
drivers/block /xd.c
drivers/block /z2ram.c
1.本節需要的結構體如下:
1.1 gendisk磁盤結構體:
struct gendisk { int major; //設備主設備號,等於register_blkdev()函數裏的major int first_minor; //起始次設備號,等於0,則表示此設備號從0開始的 intminors; //分區(次設備)數量,當使用alloc_disk()時,就會自動設置該成員 char disk_name[32]; //塊設備名稱, 等於register_blkdev()函數裏的name struct hd_struct **part; /*分區表的信息*/ int part_uevent_suppress; struct block_device_operations *fops; //塊設備操作函數 struct request_queue *queue; //請求隊列，用於管理該設備IO請求隊列的指針* void *private_data; /*私有數據*/ sector_t capacity; /*扇區數,512字節為1個扇區,描述設備容量*/ .... };
1.2 request申請結構體:
struct request { //用於掛在請求隊列鏈表的節點，使用函數elv_next_request()訪問它，而不能直接訪問
struct list_head queuelist;struct list_head donelist; /*用於掛在已完成請求鏈表的節點*/ struct request_queue *q; /*指向請求隊列*/ unsigned int cmd_flags; /*命令標識*/ enum rq_cmd_type_bits cmd_type; //讀寫命令標誌,為 0(READ)表示讀, 為1(WRITE)表示寫 sector_t sector; //要提交的下一個扇區偏移位置(offset) ... ... unsigned int current_nr_sectors; //當前需要傳送的扇區數(長度) ... ... char *buffer; //當前請求隊列鏈表的申請裏面的數據,用來讀寫扇區數據(源地址) ... ... };
2.本節需要的函數如下:
int register_blkdev(unsigned int major, const char *name);
創建一個塊設備,當major==0時,表示動態創建,創建成功會返回一個主設備號
unregister_blkdev(unsigned int major, const char *name);
卸載一個塊設備, 在出口函數中使用,major:主設備號, name:名稱
struct gendisk *alloc_disk(int minors);
分配一個gendisk結構，minors為分區數,填1表示不分區
void del_gendisk(struct gendisk *disk);
釋放gendisk結構,在出口函數中使用,也就是不需要這個磁盤了
request_queue *blk_init_queue(request_fn_proc *rfn, spinlock_t *lock);
分配一個request_queue請求隊列,分配成功返回一個request_queue結構體
rfn: request_fn_proc結構體,用來執行放置在隊列中的請求的處理函數
lock:隊列訪問權限的自旋鎖(spinlock),該鎖通過DEFINE_SPINLOCK()來定義
void blk_cleanup_queue(request_queue_t * q);
清除內核中的request_queue請求隊列,在出口函數中使用
static DEFINE_SPINLOCK(spinlock_t lock);
定義一個自旋鎖(spinlock)
static inline void set_capacity(struct gendisk *disk, sector_t size);
設置gendisk結構體的扇區數(成員copacity), size等於扇區數
該函數內容如下:
disk->capacity = size;
void add_disk(struct gendisk *gd);
向內核中註冊gendisk結構體
void put_disk(struct gendisk *disk);
註銷內核中的gendisk結構體,在出口函數中使用
struct request *elv_next_request(request_queue_t *q);
通過電梯算法獲取申請隊列中未完成的申請,獲取成功返回一個request結構體,不成功返回NULL
(PS: 不使用獲取到的這個申請時,應使用end_request()來結束獲取申請)
void end_request(struct request *req, int uptodate);
結束獲取申請, 當uptodate==0,表示使用該申請讀寫扇區失敗, uptodate==1,表示成功
static inline void *kzalloc(size_t size, gfp_t flags);
分配一段靜態緩存,這裏用來當做我們的磁盤扇區用,分配成功返回緩存地址,分配失敗會返回0
void kfree(const void *block);
註銷一段靜態緩存,與kzalloc()成對,在出口函數中使用
rq_data_dir(rq);
獲取request申請結構體的命令標誌(cmd_flags成員),當返回READ(0)表示讀扇區命令,否則為寫扇區命令
3.步驟如下:
3.1在入口函數中:
- 1)使用register_blkdev()創建一個塊設備
- 2) blk_init_queue()使用分配一個申請隊列,並賦申請隊列處理函數
- 3)使用alloc_disk()分配一個gendisk結構體
- 4)設置gendisk結構體的成員
- ->4.1)設置成員參數(major、first_minor、disk_name、fops)
- ->4.2)設置queue成員,等於之前分配的申請隊列
- ->4.3)通過set_capacity()設置capacity成員,等於扇區數
- 5)使用kzalloc()來獲取緩存地址,用做扇區
- 6)使用add_disk()註冊gendisk結構體
3.2在申請隊列的處理函數中
- 1) while循環使用elv_next_request()獲取申請隊列中每個未處理的申請
- 2)使用rq_data_dir()來獲取每個申請的讀寫命令標誌,為 0(READ)表示讀, 為1(WRITE)表示寫
- 3)使用memcp()來讀或者寫扇區(緩存)
- 4)使用end_request()來結束獲取的每個申請
3.3在出口函數中
- 1)使用put_disk()和del_gendisk()來註銷,釋放gendisk結構體
- 2)使用kfree()釋放磁盤扇區緩存
- 3)使用blk_cleanup_queue()清除內存中的申請隊列
- 4)使用unregister_blkdev()卸載塊設備
4.代碼如下：
#include <linux/module.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/interrupt.h> #include <linux/mm.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/timer.h> #include <linux/genhd.h> #include <linux/hdreg.h> #include <linux/ioport.h> #include <linux/init.h> #include <linux/wait.h> #include <linux/blkdev.h> #include <linux/blkpg.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/io.h> #include <asm/system.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/dma.h> static DEFINE_SPINLOCK(memblock_lock); //定義自旋鎖 static request_queue_t * memblock_request; //申請隊列 static struct gendisk *memblock_disk; //磁盤結構體 static int memblock_major; #define BLOCKBUF_SIZE (1024*1024) //磁盤大小 #define SECTOR_SIZE (512) //扇區大小 static unsigned char *block_buf; //磁盤地址 static int memblock_getgeo(struct block_device *bdev, struct hd_geometry *geo) { geo->heads =2; // 2個磁頭分區 geo->cylinders = 32; //一個磁頭有32個柱面 geo->sectors = BLOCKBUF_SIZE/(2*32*SECTOR_SIZE); //一個柱面有多少個扇區 return 0; } static struct block_device_operations memblock_fops = { .owner = THIS_MODULE, .getgeo = memblock_getgeo, //幾何,保存磁盤的信息(柱頭,柱面,扇區) }; /*申請隊列處理函數*/ static void do_memblock_request (request_queue_t * q) { struct request *req; unsigned long offset; unsigned long len; static unsigned long r_cnt = 0; static unsigned long w_cnt = 0; while ((req = elv_next_request(q)) != NULL) //獲取每個申請 { offset=req->sector*SECTOR_SIZE; //偏移值 len=req->current_nr_sectors*SECTOR_SIZE; //長度 if(rq_data_dir(req)==READ) { memcpy(req->buffer,block_buf+offset,len); //讀出緩存 } else { memcpy(block_buf+offset,req->buffer,len); //寫入緩存 } end_request(req, 1); //結束獲取的申請 } } /*入口函數*/ static int memblock_init(void) { /*1)使用register_blkdev()創建一個塊設備*/ memblock_major=register_blkdev(0, "memblock"); /*2) blk_init_queue()使用分配一個申請隊列,並賦申請隊列處理函數*/ memblock_request=blk_init_queue(do_memblock_request,&memblock_lock); /*3)使用alloc_disk()分配一個gendisk結構體*/ memblock_disk=alloc_disk(16); //不分區 /*4)設置gendisk結構體的成員*/ /*->4.1)設置成員參數(major、first_minor、disk_name、fops)*/ memblock_disk->major = memblock_major; memblock_disk->first_minor = 0; sprintf(memblock_disk->disk_name, "memblock"); memblock_disk->fops = &memblock_fops; /*->4.2)設置queue成員,等於之前分配的申請隊列*/ memblock_disk->queue = memblock_request; /*->4.3)通過set_capacity()設置capacity成員,等於扇區數*/ set_capacity(memblock_disk,BLOCKBUF_SIZE/SECTOR_SIZE); /*5)使用kzalloc()來獲取緩存地址,用做扇區*/ block_buf=kzalloc(BLOCKBUF_SIZE, GFP_KERNEL); /*6)使用add_disk()註冊gendisk結構體*/ add_disk(memblock_disk); return 0; } static void memblock_exit(void) { /*1)使用put_disk()和del_gendisk()來註銷,釋放gendisk結構體*/ put_disk(memblock_disk); del_gendisk(memblock_disk);
/*2)使用kfree()釋放磁盤扇區緩存 */ kfree(block_buf);
/*3)使用blk_cleanup_queue()清除內存中的申請隊列 */ blk_cleanup_queue(memblock_request); /*4)使用unregister_blkdev()卸載塊設備 */ unregister_blkdev(memblock_major,"memblock"); } module_init(memblock_init); module_exit(memblock_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
5.測試運行
insmod ramblock.ko //掛載memblock塊設備 mkdosfs /dev/memblock //將memblock塊設備格式化為dos磁盤類型 mount /dev/ memblock /tmp/ //掛載塊設備到/tmp目錄下
接下來在/tmp目錄下vi 1.txt文件,最終都會保存在/dev/ memblock塊設備裏面
cd /; umount /tmp/ //退出/tmp,卸載,同時之前讀寫的文件也會消失 cat /dev/memblock > /mnt/memblock.bin //在/mnt目錄下創建.bin文件,然後將塊設備裏面的文件追加到.bin裏面
然後進入linux的nfs掛載目錄中
sudo mount -o loop ramblock.bin /mnt //掛載ramblock.bin, -loop:將文件當做磁盤來掛載
如下圖,就可以找到我們之前在開發板上創建的1.txt了
說明這個塊設備測試運行無誤
6.使用fdisk來對磁盤分區
(fdisk命令使用詳解: http://www.cnblogs.com/lifexy/p/7661239.html)
共分了兩個分區,如下圖所示:
如下圖,接下來就可以向上小節那樣,分別操作多個分區磁盤了:
23.Linux-塊設備驅動(詳解)