24小時學通Linux核心之如何處理輸入輸出操作

24小時學通linux核心之如何處理輸入輸出操作

真的是悲喜交加呀，本來這個寒假早上8點都去練車，兩個小時之後再來實驗室陪伴linux核心，但是今天教練說沒名額考試了，好糾結，不過想想就可以睡懶覺了，哈哈，自從大三寒假以來還沒睡過懶覺呢，現在也有更多的時間來分享自己學習linux核心的感受，前幾天覺得就是自己也有些不懂的，相信大家看了也是很模糊，以後我會標誌出來自己不懂的，希望大神們指教，也希望大家多多指點，共同攻克linux核心，今天將講到處理器是如何與其它裝置進行互動的，核心又是如何響應和控制這些互動的，今天內容不多但是很關鍵，寫的不好希望大家批評，純手打。

linux核心是如何將軟硬體結合起來的呢？這裡我們將一起**核心與周圍硬體主要是檔案io和硬體裝置之間的關係，來解釋這個問題。處理器與周圍裝置的通訊依賴於一系列的電路電線，匯流排就是具有類似功能的電線，裝置與處理器通訊主要是通過位址匯流排，資料匯流排，控制匯流排來實現，這裡在學習微控制器原理的時候也提到過，這裡對系統的基本結構就不多說了，覺得更新快，不好講解，也沒什麼好總結的，大家看看相關書籍就行。了解到裝置可以當做檔案系統中的檔案來處理，其細節都可隱藏在核心中，而對應用程式設計師透明，當程序對裝置檔案應用某一系統呼叫的時候，只要將這一系統呼叫轉換成某種裝置函式就足夠了，其中裝置驅動程式定義了這些函式，接下來看看這些裝置型別。其中應用層，檔案系統層，通用塊裝置層和裝置驅動程式之間的關係如下圖，這裡貼出來供大家了解一下。讀寫塊裝置如下：

先介紹塊裝置，裝置驅動在驅動程式初始化時為自己註冊，將這個驅動程式加入核心的驅動程式表中，並將裝置號對映到資料結構block_device_operations中，資料結構block_device_operations包含了系統中啟動和停止給設定塊裝置的函式(在include/linux/fs.h上。

struct
block_operations;

從處理器的角度來看，在適合的cidao4上定位磁頭並將磁碟轉到相應的塊要花費相當長的時間，這種延遲迫使核心實現了系統請求佇列，在linux2.6中，每個塊裝置都有自己的請求佇列，以便管理對該裝置的io口請求，程序只有在獲得請求佇列鎖之後才能更新裝置的請求佇列，讓我們先來看看request_queue結構(這些**都是自己敲出來的，然後分析，分析不好的請各位大神批評改正。)這些**都可以在include/linux/blkdev.h中檢視。

struct
request_queue
;

linux核心通過在裝置的_init函式中呼叫下列函式來初始化塊裝置的請求佇列，這些函式中，，可以看出請求對了內部的細節和相關幫助教程，在現在的linux2.6核心中，每個塊裝置控制自己的鎖，並且將自旋鎖作為第二個引數來傳遞，其中第乙個引數是塊裝置驅動程式提供的請求函式，下面的**在drivers/block/11_rw_blk.c中檢視得到。

request_queue_t *blk_init_queue(request_fn_proc *rfn,spinlock_t *lock
) 
if(elevator_init(q,chosen_elevator))　　//這是個初始化的函式
goto
out_elv;
q->request_fn =rfn;
q->back_merge_fn =11_back_merge_fn;
q->front_merge_fn =11_front_merge_fn;
q->merge_requests_fn =11_merge_requests_fn;
q->prep_rq_fn =null;
q->unplug_fn =generic_unplug_device;
q->queue_flags = (1
<
q->queue_lock = lock
;　　　　//上述賦值是將電梯排程程式相關的函式與該佇列關聯
blk_queue_segment_boundary(q,
0xffffffff
);　　//檢查是否滿足最小尺寸
blk_queue_make_request(q,__make_request)　　//設定驅動從佇列刪除
blk_queue_max_segment_size(q,max_segment_size);　　//初始化歸併段的上限
blk_queue_max_hw_segments(q,max_hw_segments);　　//初始化物理裝置可以處理的最大段數
blk_queue_max_phys_segments(q,max_phys_segments);　　初始化每一請求的最大物理數目段
return q0
;　　//返回已經初始化的佇列
out_elv:
blk_cleanup_queue(q);
out_init:
kmem_cache_free(requestq_cachep,q);
return
null;　　//錯誤事件中清除記憶體的乙個例程
}

**實在太難，我知道的也只是皮毛，那些都需要好好體會，如若有補充的希望各路大神能夠多加改正我的缺點，現在來看看裝置操作，基本的通用塊裝置有open，close，ioctl以及request函式，請求佇列不能直接被訪問，但是可以通過一組幫助例程來訪問，如下：

struct request *elv_next_request(request_queue_t *q)

這個幫助函式返回並指向下乙個請求結構的指標，驅動程式可以通過檢視該元素來收集所有資訊，以確定它的的大小方向以及該請求相關的任何其他自定義操作，之後通過end_request()想核心報告這一資訊：

void end_request(struct request *req,int
uptodate)　　//在請求佇列中傳遞elev_next_request()獲得的引數
}

下面來介紹一下其它各種裝置，與塊裝置不同，字元裝置用來傳送資料流，所有序列裝置都是字元裝置，與字元裝置類似，網路裝置的資料在物理層上序列傳輸，而時鐘裝置是基於硬體脈搏跳動的裝置，其實就是時鐘相關的，還有那終端裝置，這裡就稍微提及一下。因為這些都和輸入輸出相關，大家只要有個印象就行了。

小結

結束了分析**之旅，小結一下今天主要的內容，今天主要分享的是linux核心是如何處理輸入輸出操作的，具體討論了linux是如何表示塊裝置和它的介面的，也介紹了linux排程程式並且重點分析了請求佇列，上述敲的**，我也還有好多不懂，只能自己慢慢去體會了，希望各路大神看了之後能夠稍加提醒一下，哎，反正這個寒假沒啥事了，就一直和核心作伴吧，這些寫的不好，以後繼續努力，fighting~

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