块设备驱动程序的几个函数

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))

/* Nothing to write */

goto end_io;

__mark_buffer_clean(bh);

break;


case READA:

case READ:

if (buffer_uptodate(bh))

/* 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。