块设备驱动程序的几个函数

本文发布时间: 2019-Mar-22
11.3.3 块设备驱动程序的几个函数所有对块设备的读写都是调用generic_file_read ( )和generic_file_write ( ) 函数,这两个函数的原型如下:ssize_t generic_file_read(struct file * filp, char * buf, size_t count, loff_t *ppos)ssize_t generic_file_write(struct file *file,const char *buf,size_t count, loff_t *ppos)其参数的含义如下:filp:和这个设备文件相对应的文件对象的地址。Buf:用户态地址空间中的缓冲区的地址。generic_file_read()把从块设备中读出的数据写入这个缓冲区;反之,generic_file_write()从这个缓冲区中读取要写入块设备的数据。Count:要传送的字节数。ppos:设备文件中的偏移变量的地址;通常,这个参数指向filp->f_pos,也就是说,指向设备文件的文件指针。只要进程对设备文件发出读写操作,高级设备驱动程序就调用这两个函数。例如,superformat程序通过把块写入/dev/fd0设备文件来格式化磁盘,相应文件对象的write方法就调用generic_file_write()函数。这两个函数所做的就是对缓冲区进行读写,如果缓冲区不能满足操作要求则则返回负值,否则返回实际读写的字节数。每个块设备在需要读写时都调用这两个函数。下面介绍几个低层被频繁调用的函数。1. bread( )和breada( ) 函数bread( )函数检查缓冲区中是否已经包含了一个特定的块;如果还没有,该函数就从块设备中读取这个块。文件系统广泛使用bread( )从磁盘位图、索引节点以及其他基于块的数据结构中读取数据。(注意当进程要读块设备文件时是使用函数generic_file_read()函数,而不是使用bread( )函数。)该函数接收设备标志符、块号和块大小作为参数,其代码在fs/buffer.c中:/*** bread() - reads a specified block and returns the bh* @block: number of block* @size: size (in bytes) to read** Reads a specified block, and returns buffer head that* contains it. It returns NULL if the block was unreadable.*/struct buffer_head * bread(kdev_t dev, int block, int size){struct buffer_head * bh;bh = getblk(dev, block, size);touch_buffer(bh);if (buffer_uptodate(bh))return bh;ll_rw_block(READ, 1, &bh);wait_on_buffer(bh);if (buffer_uptodate(bh))return bh;brelse(bh);return NULL;}对该函数解释如下:· 调用getblk( )函数来查找缓冲区中的一个块;如果这个块不在缓冲区中,那么getblk( )就为它分配一个新的缓冲区。· 调用buffer_uptodate()宏来判断这个缓冲区是否已经包含最新数据,如果是,则getblk( )结束。· 如果缓冲区中没有包含最新数据,就调用ll_rw_block( )函数启动读操作。· 等待,直到数据传送完成为止。这是通过调用一个名为wait_on_buffer( )的函数来实现的,该函数把当前进程插入b_wait等待队列中,并挂起当前进程直到这个缓冲区被开锁为止。breada( )和bread( )十分类似,但是它除了读取所请求的块之外,还要另外预读一些其他块。注意不存在把块直接写入磁盘的函数。写操作永远都不会成为系统性能的瓶颈,因为写操作通常都会延时。2. ll_rw_block( )函数ll_rw_block( )函数产生块设备请求;内核和设备驱动程序的很多地方都会调用这个函数。该函数接原型如下:void ll_rw_block(int rw, int nr, struct buffer_head * bhs[])其参数的含义为:· 操作类型rw,其值可以是READ、WRITE、READA或者WRITEA。最后两种操作类型和前两种操作类型之间的区别在于,当没有可用的请求描述符时后两个函数不会阻塞。· 要传送的块数nr。· 一个bhs数组,有nr个指针,指向说明块的缓冲区首部(这些块的大小必须相同,而且必须处于同一个块设备)。该函数的代码在block/ll_rw_blk.c中:void ll_rw_block(int rw, int nr, struct buffer_head * bhs[]){unsigned int major;int correct_size;int i;if (!nr)return;major = MAJOR(bhs[0]->b_dev);/* Determine correct block size for this device. */correct_size = get_hardsect_size(bhs[0]->b_dev);/* Verify requested block sizes. */for (i = 0; i < nr; i++) {struct buffer_head *bh = bhs[i];if (bh->b_size % correct_size) {printk(KERN_NOTICE "ll_rw_block: device %s: ""only %d-char blocks implemented (%u)\n",kdevname(bhs[0]->b_dev),correct_size, bh->b_size);goto sorry;}}if ((rw & WRITE) && is_read_only(bhs[0]->b_dev)) {printk(KERN_NOTICE "Can't write to read-only device %s\n",kdevname(bhs[0]->b_dev));goto sorry;}for (i = 0; i < nr; i++) {struct buffer_head *bh = bhs[i];/* Only one thread can actually submit the I/O. */if (test_and_set_bit(BH_Lock, &bh->b_state))continue;/* We have the buffer lock */atomic_inc(&bh->b_count);bh->b_end_io = end_buffer_io_sync;switch(rw) {case WRITE:if (!atomic_set_buffer_clean(bh))/* Hmmph! Nothing to write */goto end_io;__mark_buffer_clean(bh);break;case READA:case READ:if (buffer_uptodate(bh))/* Hmmph! Already have it */goto end_io;break;default:BUG();end_io:bh->b_end_io(bh, test_bit(BH_Uptodate, &bh->b_state));continue;}submit_bh(rw, bh);}return;sorry:/* Make sure we don't get infinite dirty retries.. */for (i = 0; i < nr; i++)mark_buffer_clean(bhs[i]);}下面对该函数给予解释:进入ll_rw_block()以后,先对块大小作一些检查;如果是写访问,则还要检查目标设备是否可写。内核中有个二维数组ro_bits,定义于drivers/block/ll_rw_blk.c中:static long ro_bits[MAX_BLKDEV][8];每个设备在这个数组中都有个标志,通过系统调用ioctl()可以将一个标志位设置成1或0,表示相应设备为只读或可写,而is_read_only()就是检查这个数组中的标志位是否为1接下来,就通过第二个for循环依次处理对各个缓冲区的读写请求了。对于要读写的每个块,首先将其缓冲区加上锁,还要将其buffer_head结构中的函数指针b_end_io设置成指向end_buffer_io_sync,当完成对给定块的读写时,就调用该函数。此外,对于待写的缓冲区,其BH_Dirty标志位应该为1,否在就不需要写了,而既然写了,就要把它清0,并通过__mark_buffer_clean(bh)将缓冲区转移到干净页面的LRU队列中。反之,对于待读的缓冲区,其buffer_uptodate()标志位为0,否在就不需要读了。每个具体的设备就好像是个服务器,所以最后具体的读写是通过submit_bh()将读写请求提交各“服务器”完成的,每次读写一个块,该函数的代码也在同一文件中,读者可以自己去读。


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2020-Jul-13 01:15am
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