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1、引言

块设备的驱动比字符设备的难，这是因为块设备的驱动和内核的联系进一步增大，但是同时块设备的访问的几个基本结构和字符还是有相似之处的。

有一句话必须记住：对于存储设备（硬盘~~带有机械的操作）而言，调整读写的顺序作用巨大，因为读写连续的扇区比分离的扇区快。

但是同时：SD卡和U盘这类设备没有机械上的限制，所以像上面说的进行连续扇区的调整显得就没有必要了

2、块设备概念

块设备（blockdevice）

--- 是一种具有一定结构的随机存取设备，对这种设备的读写是按块进行的，他使用缓冲区来存放暂时的数据，待条件成熟后，从缓存一次性写入设备或者从设备一次性读到缓冲区。

字符设备（Character device）

---是一个顺序的数据流设备，对这种设备的读写是按字符进行的，而且这些字符是连续地形成一个数据流。他不具备缓冲区，所以对这种设备的读写是实时的。

扇区(Sectors)：任何块设备硬件对数据处理的基本单位。通常，1个扇区的大小为512byte。（对设备而言）

块  (Blocks)：由Linux制定对内核或文件系统等数据处理的基本单位。通常，1个块由1个或多个扇区组成。（对Linux操作系统而言）

段(Segments)：由若干个相邻的块组成。是Linux内存管理机制中一个内存页或者内存页的一部分。

页、段、块、扇区之间的关系图如下：

3、怎么建立一个可用的硬盘这类块设备

   }

这里的alloc_disk函数是在内核中实现的，它后面的参数1代表的是使用次设备号的数量，这个数量是不能被修改的。

还有别忘了在卸载模块的代码中也加一个行清理函数：

put_disk(simp_blkdev_disk);

这里又引出了4个问号。

第2个问号：

  然后把?2的位置填上&simp_blkdev_fops。

  3：在加载模块时用simp_blkdev_do_request()函数的地址作参数调用blk_init_queue()初始化一个请求队列：

  5：在?3的位置填上simp_blkdev_queue。

strcpy(simp_blkdev_disk->disk_name, SIMP_BLKDEV_DISKNAME); //宏定义simp_blkdev
        simp_blkdev_disk->major = SIMP_BLKDEV_DEVICEMAJOR; //主设备号
        simp_blkdev_disk->first_minor = 0; //次设备号
        simp_blkdev_disk->fops = &simp_blkdev_fops; //主要结构
        simp_blkdev_disk->queue = simp_blkdev_queue;
        set_capacity(simp_blkdev_disk, SIMP_BLKDEV_BYTES>>9); //宏定义(16*1024*1024)，实际上就是这个结构体。

#define SIMP_BLKDEV_DEVICEMAJOR        COMPAQ_SMART2_MAJOR
#define SIMP_BLKDEV_DISKNAME        "simp_blkdev"
#define SIMP_BLKDEV_BYTES        (16*1024*1024)

static struct request_queue *simp_blkdev_queue;
static struct gendisk *simp_blkdev_disk;  /*块设备*/


static void simp_blkdev_do_request(struct request_queue *q);

struct block_device_operations simp_blkdev_fops = {
        .owner                = THIS_MODULE,
};

static int __init simp_blkdev_init(void)
{
        int ret;

		simp_blkdev_queue = blk_init_queue(simp_blkdev_do_request, NULL);/*申请这个设备的资源*/
        if (!simp_blkdev_queue) {
                ret = -ENOMEM;
                goto err_init_queue;
        }

        simp_blkdev_disk = alloc_disk(1);
        if (!simp_blkdev_disk) {
                ret = -ENOMEM;
                goto err_alloc_disk;
        }
		
		/*设备有关的属性*/
        strcpy(simp_blkdev_disk->disk_name, SIMP_BLKDEV_DISKNAME);
        simp_blkdev_disk->major = SIMP_BLKDEV_DEVICEMAJOR;
        simp_blkdev_disk->first_minor = 0;
        simp_blkdev_disk->fops = &simp_blkdev_fops;
        simp_blkdev_disk->queue = simp_blkdev_queue;
        set_capacity(simp_blkdev_disk, SIMP_BLKDEV_BYTES>>9);
        add_disk(simp_blkdev_disk);

        return 0;

err_alloc_disk:
        blk_cleanup_queue(simp_blkdev_queue);
err_init_queue:
        return ret;
}

static void __exit simp_blkdev_exit(void)
{
        del_gendisk(simp_blkdev_disk);
        put_disk(simp_blkdev_disk);
        blk_cleanup_queue(simp_blkdev_queue);
}

module_init(simp_blkdev_init);
module_exit(simp_blkdev_exit);

我们还有一个最重要的函数需要实现，就是负责处理块设备请求的simp_blkdev_do_request()。

在说等待队列之前先要明确几个概念：

①用户希望对硬盘数据做的事情叫做请求，这个请求和IO请求是一样的，所以IO请求来自于上层。
②每一个IO请求对应内核中的一个bio结构。

③IO调度算法可以将连续的bio(也就是用户的对硬盘数据的相邻簇的请求)合并成一个request。
④多个request就是一个请求队列，这个请求队列的作用就是驱动程序响应用户的需求的队列。

下面先说一下硬盘这类带有机械的存储设备的驱动。

这类驱动中用户的IO请求对应于硬盘上的簇可能是连续的，可能是不连续的，连续的当然好，如果要是不连续的，那么IO调度器就会对这些BIO进行排序（例如老谢说的电梯调度算法），合并成一个request，然后再接收请求，再合并成一个request，多个request之后那么我们的请求队列就形成了，然后就可以向驱动程序提交了。

static void simp_blkdev_do_request(struct request_queue *q)
{
        struct request *req;
        while ((req = elv_next_request(q)) != NULL) {
                if ((req->sector + req->current_nr_sectors) << 9
                        > SIMP_BLKDEV_BYTES) {
                        printk(KERN_ERR SIMP_BLKDEV_DISKNAME
                                ": bad request: block=%llu, count=%u\n",
                                (unsigned long long)req->sector,
                                req->current_nr_sectors);
                        end_request(req, 0);
                        continue;
                }

                switch (rq_data_dir(req)) {
                case READ:
                        memcpy(req->buffer,
                                simp_blkdev_data + (req->sector << 9),
                                req->current_nr_sectors << 9);
                        end_request(req, 1);
                        break;
                case WRITE:
                        memcpy(simp_blkdev_data + (req->sector << 9),
                                req->buffer, req->current_nr_sectors << 9);
                        end_request(req, 1);
                        break;
                default:
                        /* No default because rq_data_dir(req) is 1 bit */
                        break;
                }
        }
}

Linux 驱动之块设备 （一）

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原文地址：http://blog.csdn.net/xy010902100449/article/details/46503739