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《趣谈linux操作系统》小结(二十九) - 块设备

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块设备

输入输出系统的设备包括字符设备和块设备。块设备也和字符设备类似，需要注册、打开、读写操作。

硬盘是最常见的块设备。块设备一般需要被格式化为文件系统，然后通过文件系统接口调用操作。

块设备也需要mknod到/dev/xxx下面，/dev 路径下面是 devtmpfs 文件系统。和字符设备一样，需要为/dev/xxx分配一个inode，inode 里面的 i_rdev 被设置成了块设备的设备号 dev_t。

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void init_special_inode(struct inode *inode, umode_t mode, dev_t rdev)
{
  inode->i_mode = mode;
  if (S_ISCHR(mode)) {
    inode->i_fop = &def_chr_fops;
    inode->i_rdev = rdev;
  } else if (S_ISBLK(mode)) {
    inode->i_fop = &def_blk_fops;
    inode->i_rdev = rdev;
  } else if (S_ISFIFO(mode))
    inode->i_fop = &pipefifo_fops;
  else if (S_ISSOCK(mode))
    ;  /* leave it no_open_fops */
}

这个inode是不能操作文件系统的， 我们需要把他mount到一个文件夹下面。如果这个块设备原来被格式化为一种文件系统的格式，例如 ext4，那我们调用的就是 ext4 相应的 mount 操作。ext4文件系统就是调用的ext4_mount函数，然后调用mount_bdev。mount_bdev主要就是做了2个工作：

  • 调用blkdev_get_by_path 根据 /dev/xxx 这个名字，找到相应的设备并打开它；块设备是在这里打开的，不是调用的file_ops的函数.
  • sget 根据打开的设备文件，填充 ext4 文件系统的 super_block

如果块设备分区了，分别格式化成不同的文件系统， 就有下面这张复杂的关系图了。

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gendisk 只有一个实例，指向 /dev/sda。

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struct gendisk {
  int major;      /* major number of driver */
  int first_minor;
  int minors;                     /* maximum number of minors, =1 for disks that can't be partitioned. */
  char disk_name[DISK_NAME_LEN];  /* name of major driver */
  char *(*devnode)(struct gendisk *gd, umode_t *mode);
......
  struct disk_part_tbl __rcu *part_tbl;
  struct hd_struct part0;


  const struct block_device_operations *fops;
  struct request_queue *queue;
  void *private_data;


  int flags;
  struct kobject *slave_dir;
......
};

struct disk_part_tbl 结构里是一个 struct hd_struct 的数组，用于表示各个分区。struct block_device_operations fops 指向对于这个块设备的各种操作。struct request_queue queue 是表示在这个块设备上的请求队列。struct hd_struct 是用来表示某个分区的，在上面的例子中，有两个 hd_struct 的实例，分别指向 /dev/sda1、 /dev/sda2。

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struct hd_struct {
  sector_t start_sect;
  sector_t nr_sects;
......
  struct device __dev;
  struct kobject *holder_dir;
  int policy, partno;
  struct partition_meta_info *info;
......
  struct disk_stats dkstats;
  struct percpu_ref ref;
  struct rcu_head rcu_head;
};

在 hd_struct 中，比较重要的成员变量保存了如下的信息：从磁盘的哪个扇区开始，到哪个扇区结束。而 block_device 既可以表示整个块设备，也可以表示某个分区，所以对于上面的例子，block_device 有三个实例，分别指向 /dev/sda1、/dev/sda2、/dev/sda。

block_device 的成员变量 bd_disk，指向的 gendisk 就是整个块设备。这三个实例都指向同一个 gendisk。bd_part 指向的某个分区的 hd_struct，bd_contains 指向的是整个块设备的 block_device。

图片替换文本

这个流程挺复杂的，但是归根到底都逃不出增删改查的操作，相互关联通过指针来关联，先注册回调函数，然后操作时调用回调。

行动，才不会被动!

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