推荐书：《Linux内核源代码情景分析》
1.字符设备驱动和使用中等待某一事件的方法
①查询方式
②休眠唤醒，但是这种没有超时时间
③poll机制，在休眠唤醒基础上加一个超时时间
④异步通知，异步通知实际上就是发信号
⑤输入子系统，这样比较通用
2.块设备相对于字符设备驱动逻辑的变化
①对于硬盘对读写的优化
假如要读磁头0的扇区0，然后写磁头1的扇区0,然后读磁头0的扇区1，若像字符设备那样，就会机械山跳转2次，效率低。
优化：
先不执行，放入队列，优化后再执行，这里的优化是指调整顺序。
②对于flash
假如要写同一个块的扇区0，然后再写扇区1，若是字符设备的做法，写扇区0时需要先把整块读取出来，然后修改此块中
扇区0的数据，然后烧写整个这个块。写扇区1时也是需要先把整块读取出来，然后修改此块中扇区1的数据，然后烧写整个这个块。
优化：
先不执行，放入队列，优化后再执行，这里的优化是指合并相同块的写请求。
所以块设备不能向字符设备一样直接提供读写函数，而是需要先放入队列之中，优化后再执行。
3.块设备驱动程序框架
App：open, read, write "1.txt"
----------------------------------------------- 文件的读写
文件系统：vfat，tfat, ext2, ext3, yaffs2, jffs2 作用：把文件的读写转换为扇区的读写
------------统一的入口：ll_rw_block()---------- 扇区的读写
1.把“读写”放入队列中（可能这一步就有优化）
2.调用队列的处理函数（优化/调整顺序/合并）
块设备驱动程序: 主要是读写块设备函数的实现和属性的提供
-----------------------------------------------
硬件：硬盘，flash，eMMC
4.分析ll_rw_block()
ll_rw_block //fs/buffer.c, 位于fs下，说明是所有文件系统的一个通用的.c文件
for (i = ; i < nr; i++)
submit_bh(op, op_flags, bh); //fs/buffer.c
struct bio *bio;
通用的构造请求，使用bio来构造请求
submit_bio(bio);
generic_make_request(bio);
struct request_queue *q = bio->bi_disk->queue; //block/blk-core.c 找对队列
ret = q->make_request_fn(q, bio); //调用队列的构造请求函数，默认的设置函数是：make_request_fn
q->make_request_fn在blk_queue_make_request block/Blk-settings.c中被赋值，
blk_queue_make_request在blk_init_allocated_queue block/blk-core.c中被赋值为blk_queue_bio，即make_request_fn=blk_queue_bio
blk_queue_bio //默认是这个
elv_merge(q, &req, bio) //block/blk-core.c 以电梯调用算法尝试合并这个请求
如果合并不成功，调用get_request使用bio构造请求，将请求放入队列中
get_request(q, bio->bi_opf, bio, GFP_NOIO);
blk_init_request_from_bio(req, bio);
blk_flush_plug_list(plug, false);
if (q) queue_unplugged(q, depth, from_schedule);
__blk_run_queue
q->request_fn(q); //调用队列的处理函数,就是块设备驱动实际的读写函数
5.写块设备驱动
1.分配构造struct request_queue，用于提供读写能力
2.设备描述，提供属性
......
====>内核指定了一个结构体：gendisk
驱动框架：
1.分配gendisk: alloc_disk
2.设置
2.1 分配/设置struct request_queue结构，blk_init_queue
2.2 设置gendisk其它信息
3.注册gendisk
6.块设备的操作是以扇区为单位的，内核机制决定的，就算是使用内存模拟的块设备也不例外。
7.对于一块全0的内存模拟的磁盘，未格式化会报"unknow partation table"，因为其分区表为空
8.测试
cat /proc/devices 查看设备号
格式化磁盘:# mkfs /dev/ramblock eg: mkdosfs /dev/ramdisk
挂载：# mount /dev/ramblock /tmp
之后就可以通过访问/tmp目录操作磁盘了
9.创建磁盘映像
# cat /dev/ramblock > /ramblock.bin 然后再格式化磁盘再echo进去应该也是可以的。
在Ubuntu里面：# sudo mount -o loop ramblock.bin /mnt loop选项可以把一个普通文件当作块设备进行挂载。loop把它当作一个回环设备。
10.把对内存的操作打印出来可以对比App的读写和实际的IO操作发生的时机的区别。cat挂载目录中刚才已经操作过的文件，发现并没有去读，而是使用缓存的。echo到挂载目录的文件中也是没有调用读写函数，而是先刷到缓冲中。
11.分区
# ls /dev/ramblock* -l 次设备号是0表示整个磁盘，不是分区。起始是0应该是first_minor=0决定的。
# fdisk /dev/ramblock m n p 1(此时显示1-32 sylinder就是驱动中在ramblock_getgeo()中配置的) 1 5，再创建一个分区n p 2 6 32 w
(w表示将配置写到分区表中，分区表就是第一个扇区)
# ls /dev/ramblock* -l 次设备号是0表示整个磁盘，次设备号是1表示第一个主分区，次设备号是2表示第二个主分区。
此时也可以分别格式化每一个主分区：
eg: # mkdosfs /dev/ramblock1
eg: # mkdosfs /dev/ramblock2
分别挂载：
eg: # mount /dev/ramblock1 /mnt
eg: # mount /dev/ramblock2 /tmp
使用# fdisk /dev/ramdisk 报错: Unknow value(s) for: Cylinder 不知道柱面数，fdisk是个老工具了，使用它需要驱动告诉它柱面数信
息(目前很多块设备都不使用这个储存方式了)
12.内存模拟块设备驱动代码
/*
参考: drivers\block\z2ram.c usage:
mkfs Formatted file system
mount fdisk Create partition
*/ #include <linux/major.h>
#include <linux/vmalloc.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/blkdev.h>
#include <linux/bitops.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/hdreg.h> #include <asm/setup.h>
#include <asm/pgtable.h> static struct gendisk *ramblock_disk;
static struct request_queue *ramblock_queue; static int major; static DEFINE_SPINLOCK(ramblock_lock); #define RAMBLOCK_SIZE (1024*1024) /*使用1M内存来模拟磁盘*/
static unsigned char *ramblock_buf; /*这些信息在使用fdisk工具分区的时候会用到*/
static int ramblock_getgeo(struct block_device *bdev, struct hd_geometry *geo)
{
/* 容量 = heads * cylinders * sectors * 512 */
geo->heads = ;
geo->cylinders = ;
geo->sectors = RAMBLOCK_SIZE///;
return ;
} static struct block_device_operations ramblock_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.getgeo = ramblock_getgeo,
}; #if 0
/*目前内核中elv_next_request已经不存在了*/
static void do_ramblock_request(struct request_queue * q)
{
static int r_cnt = ;
static int w_cnt = ;
struct request *req; //printk("do_ramblock_request %d\n", ++cnt); while ((req = elv_next_request(q)) != NULL) {
/* 数据传输三要素: 源,目的,长度 */
/* 源/目的: */
unsigned long offset = req->sector * ; /* 目的/源: */
// req->buffer /* 长度: */
unsigned long len = req->current_nr_sectors * ; if (rq_data_dir(req) == READ) /*也就是: req->cmd_flags & 1*/
{
printk("do_ramblock_request read %d\n", ++r_cnt);
memcpy(req->buffer, ramblock_buf+offset, len); /*这里是使用memcpy来模拟复杂的IO操作*/
}
else
{
/*加了这个打印，可以看出来当向设备进行写的时候没有立即调用，而是过来一小会才调用的，
与算法有关，先放到队列中，然后才执行。 # cp /etc/fstab /tmp(挂载目录),发现过来一会也没有调用这个函数
# sync 立即就打印了 # cp /etc/fstab /tmp 发现没有立即写
# umount /tmp/ 发现立即打印了
*/
printk("do_ramblock_request write %d\n", ++w_cnt);
memcpy(ramblock_buf+offset, req->buffer, len);
} end_request(req, );
}
}
#endif /* for 4.14 kernel */
static void do_ramblock_request(struct request_queue *q)
{
struct request *req;
char *bio_buffer;
static int r_cnt = ;
static int w_cnt = ; req = blk_fetch_request(q); while (req) {
unsigned long offset = blk_rq_pos(req) << ; /*return rq->__sector; the current sector,右移9也即乘以512*/
unsigned long len = blk_rq_cur_bytes(req); /*bytes left in the current segment*/
blk_status_t err = BLK_STS_OK; if (offset + len > RAMBLOCK_SIZE) {
printk("do_ramblock_request read execteed\n");
len = RAMBLOCK_SIZE-offset;
} bio_buffer = bio_data(req->bio); /*拷贝到这里面返回给用户*/
if (rq_data_dir(req) == READ) {
printk("do_ramblock_request read %d\n", ++r_cnt);
memcpy(bio_buffer, ramblock_buf+offset, len);
} else {
printk("do_ramblock_request write %d\n", ++w_cnt);
memcpy(ramblock_buf+offset, bio_buffer, len);
} if (!__blk_end_request_cur(req, err)) /*must with it,else will blocking when ismod*/
req = blk_fetch_request(q);
}
} static int ramblock_init(void)
{
/* 1. 分配一个gendisk结构体 */
ramblock_disk = alloc_disk(); /* 次设备号个数: 分区个数+1 */ /* 2. 设置 */
/* 2.1 分配/设置队列: 提供读写能力 */
ramblock_queue = blk_init_queue(do_ramblock_request, &ramblock_lock); /*arg1: 执行实际读写io操作的函数*/
ramblock_disk->queue = ramblock_queue; /* 2.2 设置其他属性: 比如容量 */
major = register_blkdev(, "ramblock"); /* cat /proc/devices ==> 254 ramblock*/
ramblock_disk->major = major;
ramblock_disk->first_minor = ; /*修改它试试*/
sprintf(ramblock_disk->disk_name, "ramblock_name"); /* /dev/ramblock_name */
ramblock_disk->fops = &ramblock_fops;
set_capacity(ramblock_disk, RAMBLOCK_SIZE / ); /*设置磁盘容量，是以扇区为单位的*/ /* 3. 硬件相关操作 */
ramblock_buf = kzalloc(RAMBLOCK_SIZE, GFP_KERNEL); /*这个设备全为0，分区表为空，所以在insmod驱动的时候会报"unknow partation table",需要格式化*/ /* 4. 注册 */
add_disk(ramblock_disk); return ;
} static void ramblock_exit(void)
{
unregister_blkdev(major, "ramblock");
del_gendisk(ramblock_disk);
put_disk(ramblock_disk);
blk_cleanup_queue(ramblock_queue); kfree(ramblock_buf);
} module_init(ramblock_init);
module_exit(ramblock_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
测试ok的。根据do_z2_request(), 就算是这个函数是void类型的也能向外部传递操作执行的状态。
附：
1. 给SD卡添加label：
给SD卡添加label：
$ sudo fatlabel /dev/sdc1 sfl_sd
$ df -h
Filesystem Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/sdc1 .3G .0K .3G % /media/ubuntu/sfl_sd