Драйвер блочного устройства — это одна из трех основных платформ драйверов устройств в Linux. Блочное устройство в основном представляет собой драйвер, предназначенный для устройств хранения данных и взаимодействующий с файловой системой для завершения хранения данных. На уровне приложений cp, cd, touch, vim, mount и т. д. могут работать с файлами, а команды, которые могут работать с каталогами, будут получать доступ к базовому устройству хранения через файловую систему и блокировать драйвер устройства для реализации чтения или записи данных.
Итак, грубо подведем итог: цель драйвера блочного устройства — предоставить низкоуровневый интерфейс для файловой системы Linux.
Теперь, когда я узнал о разработке драйверов, я также знаю о разработке блочных устройств. Тогда друзья, прочитавшие эту статью, должны были написать несколько прошивальщиков и драйверов SD-карт в режиме «голого железа» в микроконтроллере. Для флэш-накопителей для доступа к данным, согласно руководству по чипу, мы в основном инкапсулируем функцию записи данных и функцию чтения. Только после инкапсуляции этих двух функций приложения верхнего уровня могут быть удобны для вызова. Для флэш-памяти общими единицами чтения и записи обычно являются страницы и сектора. Для флэш-памяти большой емкости, например SD-карты, минимальная единица чтения и записи указывается как сектор. Общий размер сектора составляет 512 байт, поэтому функции, которые должны быть инкапсулированы на нижнем уровне, — это функции чтения сектора и записи сектора. Эти две функции завершают взаимодействие с флэш-пространством и реализуют хранение данных.
Завершение написания драйвера блочного устройства в Linux в основном предназначено для выполнения запроса на сохранение из файловой системы. Файловая система позволяет вам сохранять данные в этом секторе, а ваш драйвер сохраняет их. Файловая система позволяет вам читать выходные данные из этого сектора. Приходите, водитель прочтет. Если запрос файловой системы обрабатывается идеально, уровень приложений будет работать без сбоев. Файловой системе все равно, на каком устройстве вы храните данные. Это SD-карта? FlashW25Q64 - это eeprom? Или в оперативной памяти? Для файловой системы это не имеет значения, ее заботит лишь то, чтобы хранящиеся в ней данные можно было идеально прочитать в следующий раз.
Поэтому, чтобы облегчить внедрение разработки драйвера блочного устройства, я сначала воспользуюсь malloc, чтобы подать заявку на участок памяти в драйвере в качестве флэш-устройства. Таким образом, нет необходимости подключать какое-либо оборудование, что снижает сложность и упрощает работу. понимает процесс работы драйверной среды чисто программным способом.
На следующем рисунке показан общий процесс вызовов между уровнем приложения и базовым драйвером при использовании команд операций с каталогом файлов для управления блочными устройствами.
Сравнение блочных и символьных устройств:
(1) Имя узла блочного устройства определяется самостоятельно и не имеет стандарта.
(2) Главный номер блочного устройства может назначаться динамически, а вспомогательный номер устройства заполняется автоматически, когда блочное устройство разбивается на разделы через файловую систему.
Команда /dev/sdb fdisk для создания раздела. /dev/sdb1 /dev/sdb2
(2) Максимальное количество поддерживаемых разделов можно установить в драйвере блочного устройства.
Как блочные устройства обрабатывают данные
Ниже приведена структура данных драйвера блочного устройства:
Заблокировать регистрацию устройства с помощьюфункция выхода из системы
1. Функция регистрации
int register_blkdev(unsigned int major, const char *name)
Введение функции: Зарегистрируйте новое блочное устройство
Введение в параметры функции:
@major: Основной номер блочного устройства [1..255]. если major = 0, что указывает на попытку выделить неиспользуемый основной номер устройства, а возвращаемое значение указывает на выделение.
Успешный основной номер устройства.
@name: имя нового блочного устройства. Уведомление: Имя должно быть уникальным в системе.
Пример регистрации:
int Tiny4412_block_major = register_blkdev(0, "Tiny4412_block");
2. функция выхода из системы
void unregister_blkdev(unsigned int major, const char *name)
Введение функции: Отмените регистрацию зарегистрированного блочного устройства.
Введение в параметры функции:
@major: Основной номер устройства
@name: Имя устройства
Пример выхода из системы:
unregister_blkdev(Tiny4412_block_major, "Tiny4412_block");
Пространство для хранения данных в этом коде моделируется путем подачи заявки на участок памяти. Он не зависит от оборудования, поэтому его можно скомпилировать, установить и протестировать под любым Linux, чтобы завершить понимание и изучение драйверов блочных устройств.
#include <linux/module.h>
#include <linux/blkdev.h>
#include <linux/hdreg.h>
#include <linux/version.h>
#include <linux/vmalloc.h>
/*
* insmod tiny4412_blkdev.ko
* # or insmod tiny4412_blkdev.ko size=numK/M/G/T
* fdisk /dev/tiny4412_blkdev # create 2 patitions
* mkfs.ext2 /dev/tiny4412_blkdev1
* mkfs.ext2 /dev/tiny4412_blkdev2
* mount /dev/tiny4412_blkdev1 /mnt/temp1/
* mount /dev/tiny4412_blkdev2 /mnt/temp2/
* # play in /mnt/temp1/ and /mnt/temp2/
* umount /mnt/temp1/
* umount /mnt/temp2/
* rmmod tiny4412_blkdev.ko
*
*/
static int Tiny4412_block_major=0;
static struct request_queue *tiny4412_blkdev_queue;
static struct gendisk *tiny4412_blkdev_disk;
#define TINY4412_BLK_DEV_BYTES (1024*1024*50) /*Устанавливаем размер блочного устройства*/
static unsigned char *sizeof_p;
/*
* Handle an I/O request.
* Реализовать чтение и запись секторов
unsigned long sector: Текущее положение сектора
unsigned long nsect : Количество секторов, прочитанных и записанных
char *buffer : Чтение и запись указателей буфера
int write : Это чтение или письмо?
*/
static void Tiny4412_block_dev_sector_read_write(unsigned long sector,unsigned long nsect, char *buffer, int write)
{
/*Наименьшая единица блочного устройства — сектор, а количество байт в секторе — 512 байт*/
unsigned long offset = sector; /*Место, куда записываются данные*/
unsigned long nbytes = nsect; /*Письменная длина*/
if((offset + nbytes)>TINY4412_BLK_DEV_BYTES)
{
printk("Запись вне диапазона, принудительное завершение (%ld %ld)\n", offset, nbytes);
return;
}
if(write) /*Если правда, это означает запись*/
memcpy(sizeof_p + offset, buffer, nbytes);
else /*операция чтения*/
memcpy(buffer,sizeof_p + offset, nbytes);
}
/*
Обработать запрос
*/
static int tiny4412_blkdev_make_request(struct request_queue *q, struct bio *bio)
{
int dir;
unsigned long long dsk_offset;
struct bio_vec *bvec;
int i;
void *iovec_mem;
/*Определяем направление чтения и записи*/
if(bio_data_dir(bio) == WRITE) dir = 1;
else dir = 0;
dsk_offset = bio->bi_sector << 9;
bio_for_each_segment(bvec, bio, i)
{
iovec_mem = kmap(bvec->bv_page) + bvec->bv_offset;
//Начальная позиция, длина, исходные данные, направление
Tiny4412_block_dev_sector_read_write(dsk_offset,bvec->bv_len,iovec_mem,dir);
kunmap(bvec->bv_page);
dsk_offset += bvec->bv_len;
}
bio_endio(bio, 0);
return 0;
}
struct block_device_operations tiny4412_blkdev_fops =
{
.owner= THIS_MODULE,
};
static int __init tiny4412_blkdev_init(void)
{
sizeof_p=vmalloc(TINY4412_BLK_DEV_BYTES);
if(sizeof_p==NULL)
{
printk("Космическое приложение не удалось!\n");
return 0;
}
/*Очередь запросов на динамическое выделение*/
tiny4412_blkdev_queue = blk_alloc_queue(GFP_KERNEL);
/*Привязка очереди запросов*/
blk_queue_make_request(tiny4412_blkdev_queue,tiny4412_blkdev_make_request);
/*Динамическое выделение структуры второстепенного номера устройства*/
/*Каждый диск (раздел) сохраняется с использованием структуры gendisk*/
tiny4412_blkdev_disk = alloc_disk(64);
/*Назначение имени диска*/
strcpy(tiny4412_blkdev_disk->disk_name,"tiny4412_blkdev");
/*Регистрируем блочное устройство,автоматическое распределение Основной номер устройства*/
Tiny4412_block_major = register_blkdev(0,"Tiny4412_block");
printk("Tiny4412_block_major=%d\n",Tiny4412_block_major);
tiny4412_blkdev_disk->major=Tiny4412_block_major; /*Основной номер устройства*/
tiny4412_blkdev_disk->first_minor = 0; /*Номер вторичного устройства*/
tiny4412_blkdev_disk->fops = &tiny4412_blkdev_fops; /*Комбинация файловых операций*/
tiny4412_blkdev_disk->queue = tiny4412_blkdev_queue; /*Очередь обработки запросов данных*/
/*Устанавливаем структуру диска capacity Вместимость*/
/*Уведомление: Размер блочного устройства задается в секторах, а размер сектора по умолчанию равен 512 байтам.
cat /sys/block/xxxx/size Вы можете просмотреть установленный размер
Чтобы преобразовать размер в байтах в сектора, нам нужно разделить на 512, или сдвинуть вправо на 9 бит.
*/
set_capacity(tiny4412_blkdev_disk,TINY4412_BLK_DEV_BYTES>>9);
//Добавляем информацию о диске в ядро
add_disk(tiny4412_blkdev_disk);
return 0;
}
static void __exit tiny4412_blkdev_exit(void)
{
//удаляем диск
del_gendisk(tiny4412_blkdev_disk);
put_disk(tiny4412_blkdev_disk);
//Очищаем очередь
blk_cleanup_queue(tiny4412_blkdev_queue);
/*Отменить регистрацию блочного устройства*/
unregister_blkdev(Tiny4412_block_major, "Tiny4412_block");
vfree(sizeof_p);
}
module_init(tiny4412_blkdev_init);
module_exit(tiny4412_blkdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
[root@wbyq code]#insmod tiny4412_block_device.ko
[ 6920.590000] tiny4412_sda: unknown partition table
[ 6920.590000] Регистрация заблокированного устройства прошла успешно!
[root@wbyq code]#ls /dev/tiny4412_sda -l
brw-rw---- 1 root root 253, 0 Nov 14 2018 /dev/tiny4412_sda
[root@wbyq code]#mkfs.ext2 /dev/tiny4412_sda //Форматируем блочное устройство
Filesystem label=
OS type: Linux
Block size=1024 (log=0)
Fragment size=1024 (log=0)
2560 inodes, 10240 blocks
512 blocks (5%) reserved for the super user
First data block=1
Maximum filesystem blocks=262144
2 block groups
8192 blocks per group, 8192 fragments per group
1280 inodes per group
Superblock backups stored on blocks:
8193
[root@wbyq code]#mount /dev/tiny4412_sda /mnt/ //Монтируем блочное устройство
[root@wbyq code]#cd /mnt/
[root@wbyq mnt]#ls
lost+found
[root@wbyq mnt]#mkdir 123
[root@wbyq mnt]#ls
123 lost+found
[root@wbyq mnt]#touch 123.c
[root@wbyq mnt]#ls
123 123.c lost+found
[root@wbyq mnt]#cd /
[root@wbyq ]#umount /mnt/
[root@wbyq ]#cat /sys/class/block/tiny4412_sda/size
20480
[root@wbyq ]#mount /dev/tiny4412_sda /mnt/
[root@wbyq ]#df -h
Filesystem Size Used Available Use% Mounted on
192.168.10.11:/work/rootfs/
46.8G 15.5G 28.9G 35% /
/dev/tiny4412_sda 9.7M 14.0K 9.2M 0% /mnt
Операция:
1. Понимание структуры блочного устройства и используемой моделируемой памяти.
2. Добавить драйвер SD-карты,Работает с платформой блочных устройств.,Завершите полную запись драйвера блочного устройства.
[root@wbyq code]#ls /dev/tiny4412_sda
tiny4412_sda tiny4412_sda1
[root@wbyq code]#ls /dev/tiny4412_sda1
[root@wbyq code]#ls /dev/tiny4412_sda* -l
brw-rw---- 1 root root 253, 0 Nov 14 2018 /dev/tiny4412_sda
brw-rw---- 1 root root 253, 1 Nov 14 2018 /dev/tiny4412_sda1