Linux2.6塊裝置驅動程式

一、塊裝置的操作的處理體繫結構

1.VFS（虛擬檔案系統）

VFS位於塊裝置的處理體繫結構的上層，提供一個通用的檔案模型。VFS和塊裝置的關係見Linux2.6裝置管理

系統調用的服務常式調用一個合適的VFS函數，將檔案描述符和檔案內的位移量傳遞給它。

2.磁碟快取

VFS函數確定所請求的資料是否已經存在磁碟快取中，若存在，就沒有必須訪問磁碟上的資料了。

3.映射層（塊裝置檔案系統）

（1）把檔案拆分成大小相同的塊，每一個塊都有一個邏輯號

（2）訪問檔案的磁碟節點，根據每一塊的邏輯塊號，確定這塊資料的在磁碟上的位置

4.通用塊層

（1）核心利用通用塊層啟動I/O操作來傳送所請求的資料。

每個I/O操作只針對一組連續的塊，由一個bio結構描述

由於所請求的資料不一定在相鄰的塊中，所以可能啟動多次I/O操作

（2）gendisk是一個由通用塊層處理的邏輯塊裝置。

通常一個gendisk對應一個硬體塊裝置，如硬碟、磁碟片、光碟片。

gendisk也可以是一個虛擬設備，建立在幾個磁碟分割之上

不管理gendisk是什麼，藉助於通用塊層提供的服務，可以以同樣的方式工作在所有的gendisk上。

（3）向通用塊層提交一個I/O請求的通用操作

分配一個新的bio描述符，並初始化

擷取與gendisk相關的塊裝置驅動程式的請求隊列q

將bio插入q隊列

5.I/O發送器層

（1）當核心組件要讀寫一些磁碟資料時，建立一個塊裝置請求。請求中描述所請求的扇區和操作類型

（2）通過I/O調度策略（見(4)），把物理介質上相鄰的資料請求聚在一起，減少不必須的尋道時間，提高效率

當請求傳送一個新的資料區塊時，核心檢查能否通過稍微擴充前一個處於等待狀態的請求而滿足要求

（3）每個塊裝置驅動程式都維持著自己的請求隊列，對每個隊列上單獨執行I/O調度，可以提高磁碟的效能。

（4）I/O調度策略

預期演算法：是期限演算法的演變，期限演算法中讀的優先順序較高，而預期演算法寫的優先順序更高

期限演算法：電梯策略可能會對某個請求忽略很長一段時間，期限演算法保證這些請求得到滿足

完全公平隊列演算法CFQ：確保在觸發I/O請求的所有進程中公平分配磁碟的I/O頻寬，通常把同一進程的請求放插入同一隊列

Noop演算法：沒有排序隊列，簡單的FIFO後LIFO

電梯演算法：優先處理與上一個所處理的請求最近的要求

6.塊裝置驅動程式

驅動程式向磁碟控制卡發送適當的命令，進行實際的資料轉送。

一個驅動程式可能處理幾個塊裝置

每個塊裝置驅動程式都維持著自己的請求隊列

7.硬體裝置

二、資料管理的基本單位

1.扇區

扇區是硬體裝置傳送資料的基本單位。

扇區大小是512KB

2.塊

塊是VFS檔案系統、映射層傳送和儲存資料的基本單位。檔案和磁碟都被看作拆分成幾個塊。

塊的大小必須是2的冪，不超過一個頁框，是扇區大小的整數倍

塊的大小不是唯一的，比如：512、1024、2048、4096

同一個磁碟上的幾個分區可能使用不同大小的塊

3.段

段是塊裝置驅動程式傳輸資料的單位

一個段是一個記憶體頁或記憶體頁的一部分，它包含磁碟上相鄰的扇區

4.頁

硬體快取作用於磁碟資料上的頁，每頁正好裝在一個頁框中

5.扇區、塊、段、頁

扇區	512B	硬體傳送資料的基本單位
塊	大小是2的冪 不超過一個頁框 是扇區的整數倍	VFS、檔案系統、映射層的傳送和儲存資料的基本單位
段	幾個相鄰的扇區	驅動程式處理資料的基本單位