块设备驱动实现--模拟一个块设备

1、前言

        存储层在收到I/O请求后进行数据处理，再给上层应答，本文实现一个实际的块设备驱动。使用Linux5.4为基础，进行框架搭建和功能实现。

2、ko模块与编译

        首先定义一个init和exit函数，去注册自己的驱动函数模块。

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>

static int __init init_myblk(void)
{
    int ret;
 
    printk("start lsmod my blk_dev");
 
    my_disk_queue = blk_mq_init_sq_queue( &tag_set, &my_blk_mq_ops, 16, BLK_MQ_F_SHOULD_MERGE);
    if (!my_disk_queue) {
        ret = -ENOMEM;
        goto err_init_queue;
    }
 
    my_disk = alloc_disk(1);
    if (!my_disk) {
        ret = -ENOMEM;
        goto err_alloc_disk;
    }
 
    strcpy(my_disk->disk_name, MY_BLKDEV_DISKNAME);//设备名称
 
    my_disk->major = MY_BLKDEV_DEVICEMAJOR;//块设备的主设备号
    my_disk->first_minor = 0;
 
    my_disk->fops = &myblk_fops;//操作结构体
 
    my_disk->queue = my_disk_queue;//块设备驱动的请求队列
 
    set_capacity(my_disk, MY_BLKDEV_BYTES>>9);
 
 
    add_disk(my_disk);
 
    return 0;
err_init_queue:
    printk("init blk_queue error");
    return ret;
 
err_alloc_disk:
    printk("alloc blk error");
    return ret;
}

module_init(init_myblk);
module_exit(exit_myblk);
MODULE_LICENSE("GPL");

这里还要在要Makefile里记得拉上自己的文件路径，在.config中加上编译的宏，并且写一个kconfig去配置这个宏。

其中，my_disk_queue = blk_mq_init_sq_queue(&tag_set, &my_blk_mq_ops, 16, BLK_MQ_F_SHOULD_MERGE);    在5.4中块设备全面改成了blk_mq(多任务队列)，所以相关的API都是和blk_mq有关系的，这个地方卡了好久好久，最终还是从z2ram.c中了解到的，后边io处理的队列也是参考z2ram.c来写的。

所以接下来就是这个my_blk_queue_rq（）的内容：

static const struct blk_mq_ops my_blk_mq_ops = {
    .queue_rq   = my_blk_queue_rq,
};
 
static blk_status_t my_blk_queue_rq(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,
                            const struct blk_mq_queue_data *bd)
{
    struct request *req = bd->rq;
    unsigned long start = blk_rq_pos(req) << 9;
    unsigned long len  = blk_rq_cur_bytes(req);
    void *buffer;
 
    blk_mq_start_request(req);
 
    if (start + len > MY_BLKDEV_BYTES) {
        printk(KERN_ERR MY_BLKDEV_DISKNAME
            ": bad request: block=%llu, count=%u\n",
            (unsigned long long)blk_rq_pos(req),
            blk_rq_cur_sectors(req));
            blk_mq_end_request(req, BLK_STS_OK);
    }
 
    spin_lock_irq(&myblk_lock);
 
    buffer = bio_data(req->bio);
 
    if (rq_data_dir(req) == READ)
        memcpy(buffer,
            my_blkdev_data + start,
            blk_rq_cur_sectors(req) << 9);
    else if(rq_data_dir(req) == WRITE)
        memcpy(buffer,
            my_blkdev_data + start,
            blk_rq_cur_sectors(req) << 9);
 
    spin_unlock_irq(&myblk_lock);
    blk_mq_end_request(req, BLK_STS_OK);
    return BLK_STS_OK;
}

        实际上就是memcpy相关的字符串到块设备的存储空间内。然后各种编译。且要把blk_mq_init_sq_queue加入白名单(while list)。

3、编译与使用

        在Android开发环境中，选择bootimage编译，修改Makefile和Kconfig后，会自动加载该模块。 使用lsmod可以发现这时候还没被使用，首先进行文件系统挂载：

ir:/ # mkfs.ext4 dev/block/my_blkdev                                                                                                                                                                       
mke2fs 1.45.4 (23-Sep-2019)
Creating filesystem with 16384 1k blocks and 4096 inodes
Filesystem UUID: 200b5fcd-e9ea-4634-9c98-94a8bc58d1f2
Superblock backups stored on blocks:
    8193
 
Allocating group tables: done                           
Writing inode tables: done                           
Creating journal (1024 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done
 
ir:/ # mount dev/block/my_blkdev mnt/tmp1/                                                                                                                                                               
mount: 'dev/block/my_blkdev'->'mnt/tmp1/': I/O error

        但是，这里有个问题，将ko整机刷入后，会面临io调度导致的挂载失败问题， 需要进行修改。

参考：[原创] 写一个块设备驱动 - 内核源码-Chinaunix