• 我們想法：
  1. 能不能將多個硬碟，對映成一個邏輯的硬碟，那樣我們程式就不用關心複雜的地址問題了，也不用關係是哪個device了？ DM-raid技術RAID全稱為獨立磁碟冗餘陣列(Redundant Array of Independent Disks)
  2. 將某個地址段的資料進行加密，只有授權方式才可訪問，比如FDE。 DM-crypt技術
  3. 訪問儲存介質上的資料時，校驗下是否被篡改過。DM-verity技術。

總結一下：DM就是Device-Mapper的縮寫，也就說上述的想法都可以基於Device Mapper實現，Device Mapper可不僅僅實現了這些，還包括LVM2、DM-multipach

等。

• 什麼是Device Mapper?
  1. Device Mapper是 Linux 2.6核心中提供的一種將物理塊裝置的對映虛擬(邏輯)塊裝置的框架機制，在該機制下，開發者可以很方便的根據自己的需要制定實現儲存資源的管理策略，比如過濾、IO重定向、dm-verity這種hash tree的校驗、raid多個磁碟管理等。
  2. Device Mapper在核心中是以一個塊設備註冊的。對映到Device Mapper框架上的物理裝置，通過對映時所選擇的方式進行IO處理。
  3. Device mapper本質功能就是根據對映關係和target driver描述的IO處理規則，將IO請求從邏輯裝置mapped device
     轉發相應的target device上。

舉例：我將system分割槽以dm-verity target方式對映到devicemapper上，當用戶程式訪問system資料時，要通過device mapper的規則後才能轉發到system分割槽上。

 Device Mapper處於LinuxStorage Stack位置：

 

簡單點：

 

 

• 理論部分：

Device Mapper在核心中的體系架構：

 

從上圖就可以看出，Device Mapper有三部分組成，分別有Mapped Device、Mapping Table、Target Device，說此圖的時候必須說一下核心設計的哲學，核心設計經常將一個框架實現，給使用者態提供儘量少、簡單介面來下發策略，核心根據使用者態下發策略執行相應機制。

Device Mapper機制也不例外：

Mapped Device：又稱MD，注意不是DM，MD是一個邏輯的抽象裝置，使用者態可以通過IOCTL訪問操作，它通過Mapping Table描述的對映關係與Target Device建立對映關係。

Mapping Table：描述了Target Device和Mapped Device的對映關係，其中最核心的是其指定了這種對映關係使用了何種Target Driver。

Target Driver：其實嚴格的說，這不是Device Mapper框架的一部分，因為Target Driver以外掛的方式插入Device Mapper的統一框架定義的一組介面上，允許開發者根據實際的需要定製自己的IO處理規則，Device Mapper目前支援的Target Driver有linear，raid，verity，mulipath，snapshot，mirror，crypt，cache，era，thin等。

Target Device：目標裝置，Target device 表示的是 mapped device所對映的物理空間段，對 mapped device所表示的邏輯裝置來說，就是該邏輯裝置對映到的一個物理裝置。

Device mapper中這三個物件和 target driver外掛一起構成了一個可迭代的裝置樹。在該樹型結構中的頂層根節點是最終作為邏輯裝置向外提供的 mapped device，葉子節點是 target device 所表示的底層物理裝置，Device-Mapper的對映模型：

單一型：單個 mapped device和 target device組成，每個target device都是被mapped device獨佔的，只能被一個 mapped device使用

 

一對多型：多個 target device對映到一個Mapped device上。

 

組合型：一個 mapped device又可以作為它上層 mapped device的 target device被使用，該層次在理論上可以在 device mapper 架構下無限迭代下去。

 

總結一下：

一個Device Target只能對映到一個Mapped Device，不可以對映到兩個或多個Mapped Device，如果不這樣，那麼當訪問這個Device Target時，DeviceMapper框架不知道選擇哪個Mapped Device，這樣將系統很糾結，系統表示做不到。

，可以多個Device Target對映一個MappedDevice上，你訪問多個不同Device Target資料時，需要經過Mapped Device相同的IO策略，Device Mapper框架表示我不糾結，可以很好的處理，我按照你的對映關係可以找到你就可以。

邏輯裝置也可以對映到Mapped Device上。DeviceMapper表示我看到的都是對映關係，對映表讓我怎麼處理我就怎麼處理，不管你是邏輯裝置還是真實的物理裝置。

• 程式碼實現部分：

在Kernel目錄下Documentation/device-mapper找到Device-Mapper相關文件。

在kernel目錄下drivers/md/找到相關實現的code。

主要的資料結構，

mapped_device是Mapped device抽象一個device。

struct mapped_device {

       struct srcu_struct io_barrier; //SRCU：http://www.wowotech.net/kernel_synchronization/linux2-6-23-RCU.html

        struct mutexsuspend_lock;

        atomic_t holders;

        atomic_t open_count;

        /*

         * The currentmapping.

         * Usedm_get_live_table{_fast} or take suspend_lock for

         * dereference.

         */

        struct dm_table *map;//Mapping Table

        struct list_headtable_devices;

        struct mutextable_devices_lock;

        unsigned long flags;

        struct request_queue*queue;

        unsigned type;//Type of table and mapped_device's mempool

        /* Protect queue andtype against concurrent access. */

        struct mutextype_lock;

        struct target_type*immutable_target_type;

        struct gendisk *disk;

        char name[16];

        void *interface_ptr;

        /*

         * A list of ios thatarrived while we were suspended.

         */

        atomic_t pending[2];

        wait_queue_head_twait;

        struct work_structwork;

        struct bio_listdeferred;

        spinlock_tdeferred_lock;

        /*

         * Processing queue(flush)

         */

        structworkqueue_struct *wq;

        /*

         * io objects areallocated from here.

         */

        mempool_t *io_pool;

        struct bio_set *bs;

        /*

         * Event handling.

         */

        atomic_t event_nr;

        wait_queue_head_teventq;

        atomic_t uevent_seq;

        struct list_headuevent_list;

        spinlock_tuevent_lock; /* Protect access to uevent_list */

        /*

         * freeze/thawsupport require holding onto a super block

         */

        struct super_block*frozen_sb;

        struct block_device*bdev;

        /* forced geometrysettings */

        struct hd_geometrygeometry;

        /* kobject andcompletion */

        structdm_kobject_holder kobj_holder;

        /* zero-length flushthat will be cloned and submitted to targets */

        struct bio flush_bio;

        struct dm_statsstats;

};

dm_table 是Device Mapper中的MappingTable的抽象。

struct dm_table {

        struct mapped_device *md;

        unsigned type;

        /* btree table */

        unsigned int depth;

        unsigned intcounts[MAX_DEPTH]; /* in nodes */

        sector_t*index[MAX_DEPTH];

        unsigned intnum_targets;

        unsigned intnum_allocated;

        sector_t *highs;

        struct dm_target *targets;

        struct target_type*immutable_target_type;

        unsignedintegrity_supported:1;

        unsigned singleton:1;

        /*

         * Indicates the rwpermissions for the new logical

         * device.  This should be a combination of FMODE_READ

         * and FMODE_WRITE.

         */

        fmode_t mode;

        /* a list of devicesused by this table */

        struct list_headdevices;

        /* events get handedup using this callback */

        void (*event_fn)(void*);

        void *event_context;

        struct dm_md_mempools*mempools;

        struct list_headtarget_callbacks;

};

dm_target結構具體描述了 mapped_device和某個 target device的對映關係,Dm_target結構具體記錄該結構對應 target device所對映的 mapped device邏輯區域的開始地址和範圍，同時還包含指向具體 target device相關操作的 target_type結構的指標,而在dm_table結構中將這些 dm_target按照 B樹的方式組織起來方便 IO請求對映時的查詢操作

struct dm_target {

        struct dm_table*table;

  struct target_type *type;              //開發者可以定製的device target部分

        /* target limits */

        sector_t begin;

        sector_t len;

        /* If non-zero,maximum size of I/O submitted to a target. */

        uint32_t max_io_len;

        /*

         * A number ofzero-length barrier bios that will be submitted

         * to the target forthe purpose of flushing cache.

         *

         * The bio number canbe accessed with dm_bio_get_target_bio_nr.

         * It is aresponsibility of the target driver to remap these bios

         * to the realunderlying devices.

         */

        unsignednum_flush_bios;

        /*

         * The number ofdiscard bios that will be submitted to the target.

         * The bio number canbe accessed with dm_bio_get_target_bio_nr.

         */

        unsignednum_discard_bios;

        /*

         * The number ofWRITE SAME bios that will be submitted to the target.

         * The bio number canbe accessed with dm_bio_get_target_bio_nr.

         */

        unsignednum_write_same_bios;

        /*

         * The minimum numberof extra bytes allocated in each bio for the

         * target touse.  dm_per_bio_data returns the datalocation.

         */    

        unsignedper_bio_data_size;

        /*

         * If defined, thisfunction is called to find out how many

         * duplicate biosshould be sent to the target when writing

         * data.

         */

        dm_num_write_bios_fnnum_write_bios;

        /* target specificdata */

    void *private;                  //表示具體的target device的域是dm_target中的private域

        /* Used to provide anerror string from the ctr */

        char *error;

        /*

         * Set if this targetneeds to receive flushes regardless of

         * whether or not itsunderlying devices have support.

         */

        boolflush_supported:1;

        /*

         * Set if this targetneeds to receive discards regardless of

         * whether or not itsunderlying devices have support.

         */

        booldiscards_supported:1;

        /*

         * Set if the targetrequired discard bios to be split

         * on max_io_lenboundary.

         */

        boolsplit_discard_bios:1;

        /*

         * Set if this targetdoes not return zeroes on discarded blocks.

         */

        booldiscard_zeroes_data_unsupported:1;

};

開發者可以定製的device target部分，Target_type結構主要包含指向具體 target device相關操作，主要包含了 target device對應的 target driver外掛的名字、定義的構建和刪除該型別target device的方法、該類target device對應的IO請求重對映和結束IO的方法等：

struct target_type {

        uint64_t features;

        const char *name;

        struct module*module;

        unsigned version[3];

        dm_ctr_fn ctr;

        dm_dtr_fn dtr;

        dm_map_fn map;

        dm_map_request_fnmap_rq;

        dm_endio_fn end_io;

        dm_request_endio_fnrq_end_io;

        dm_presuspend_fnpresuspend;

        dm_postsuspend_fnpostsuspend;

        dm_preresume_fnpreresume;

        dm_resume_fn resume;

        dm_status_fn status;

        dm_message_fnmessage;

        dm_ioctl_fn ioctl;

        dm_merge_fn merge;

        dm_busy_fn busy;

        dm_iterate_devices_fniterate_devices;

        dm_io_hints_fnio_hints;

        /* For internaldevice-mapper use. */

        struct list_headlist;

};

資料結構關係:

 

• DM裝置建立流程分析：

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