24小时学通Linux内核之如何处理输入输出操作

Linux内核是如何将软硬件结合起来的呢？这里我们将一起探究内核与周围硬件主要是文件IO和硬件设备之间的关系，来解释这个问题。处理器与周围设备的通信依赖于一系列的电路电线，总线就是具有类似功能的电线，设备与处理器通信主要是通过地址总线，数据总线，控制总线来实现，这里在学习单片机原理的时候也提到过，这里对系统的基本结构就不多说了，觉得更新快，不好讲解，也没什么好总结的，大家看看相关书籍就行。

了解到设备可以当做文件系统中的文件来处理，其细节都可隐藏在内核中，而对应用程序员透明，当进程对设备文件应用某一系统调用的时候，只要将这一系统调用转换成某种设备函数就足够了，其中设备驱动程序定义了这些函数，接下来看看这些设备类型。其中应用层，文件系统层，通用块设备层和设备驱动程序之间的关系如下图，这里贴出来供大家了解一下。读写块设备如下：

先介绍块设备，设备驱动在驱动程序初始化时为自己注册，将这个驱动程序加入内核的驱动程序表中，并将设备号映射到数据结构block_device_operations中，数据结构block_device_operations包含了系统中启动和停止给设定块设备的函数(在include/linux/fs.h上。

struct block_operations{

从处理器的角度来看，在适合的cidao4上定位磁头并将磁盘转到相应的块要花费相当长的时间，这种延迟迫使内核实现了系统请求队列，在Linux2.6中，每个块设备都有自己的请求队列，以便管理对该设备的IO口请求，进程只有在获得请求队列锁之后才能更新设备的请求队列，让我们先来看看request_queue结构(这些代码都是自己敲出来的，然后分析，分析不好的请各位大神批评改正。)这些代码都可以在include/linux/blkdev.h中查看。

struct request_queue

标志名称

功能

QUEUE_FLAG_CLUSTER

将介几个段合成一个　

QUEUE_FLAG_QUEUED

使用通用标志队列

QUEUE_FLAG_STOPPED

队列被停止

QUEUE_FLAG_READFULL

读队列已经满了

QUEUE_FLAG_WRITEFULL

写队列已经满了

QUEUE_FLAG_DEAD

队列被撤销

QUEUE_FLAG_REENTER

避免重入

QUEUE_FLAG_PLUGGED

插入队列

spinlock_t *queue_lock;

Linux内核通过在设备的_init函数中调用下列函数来初始化块设备的请求队列，这些函数中，，可以看出请求对了内部的细节和相关帮助教程，在现在的Linux2.6内核中，每个块设备控制自己的锁，并且将自旋锁作为第二个参数来传递，其中第一个参数是块设备驱动程序提供的请求函数，下面的代码在drivers/block/11_rw_blk.c中查看得到。

request_queue_t *blk_init_queue(request_fn_proc *rfn,spinlock_t *lock)

代码实在太难，我知道的也只是皮毛，那些都需要好好体会，如若有补充的希望各路大神能够多加改正我的缺点，现在来看看设备操作，基本的通用块设备有open，close，ioctl以及request函数，请求队列不能直接被访问，但是可以通过一组帮助例程来访问，如下：

struct request *elv_next_request(request_queue_t *q)

这个帮助函数返回并指向下一个请求结构的指针，驱动程序可以通过查看该元素来收集所有信息，以确定它的的大小方向以及该请求相关的任何其他自定义操作，之后通过end_request()想内核报告这一信息：

void end_request(struct request *req,int uptodate)　　//在请求队列中传递elev_next_request()获得的参数

下面来介绍一下其它各种设备，与块设备不同，字符设备用来传送数据流，所有串行设备都是字符设备，与字符设备类似，网络设备的数据在物理层上串行传输，而时钟设备是基于硬件脉搏跳动的设备，其实就是时钟相关的，还有那终端设备，这里就稍微提及一下。因为这些都和输入输出相关，大家只要有个印象就行了。

小结

结束了分析代码之旅，小结一下今天主要的内容，今天主要分享的是Linux内核是如何处理输入输出操作的，具体讨论了Linux是如何表示块设备和它的接口的，也介绍了Linux调度程序并且重点分析了请求队列，上述敲的代码，我也还有好多不懂，只能自己慢慢去体会了，希望各路大神看了之后能够稍加提醒一下，哎，反正这个寒假没啥事了，就一直和内核作伴吧，这些写的不好，以后继续努力，fighting~

特别声明:

http://www.cnblogs.com/lihuidashen/p/4244330.html

我们不再是我们,我们仍然是我们......

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