编写简单的ramdisk（无请求队列）

　　最近在研究块设备驱动的编写，看了赵磊大牛的《写一个块设备驱动》，受益匪浅，虽然能看懂里面说的，但动手写写代码还是能加深理解的，下面实现的ramdisk写的很简单，如果有错误，欢迎大牛们指正哈！

分配一块内存区存放ram disk数据

 

　　为了简单，我直接静态分配了一个大小为16MB的内存区，当然对于编写驱动来说这个空间有点大。不过就是为了简单嘛，可以理解。

 

#define SIMP_BLKDEV_BYTES            (16 * 1024 * 1024)
unsigned char simp_blkdev_data[SIMP_BLKDEV_BYTES];

 

分配一个请求队列

　　可以通过函数blk_alloc_queue分配一个默认的请求队列，用该方法生成的请求对面没有设置默认的IO调度器。如果调用blk_init_queue函数分配一个请求队列，会设置默认的IO调度器。因为是编写ram disk，不需要访问外部设备，所以不需要使用IO调度器，故使用blk_alloc_queue来分配一个请求队列。

 

simp_blkdev_queue = blk_alloc_queue(GFP_KERNEL);

 

设置自己的make_request_fn函数

 

　　blk_alloc_queue分配的请求队列中make_request_fn是没有被赋值的，这也导致了前面说的不会使用默认的IO调度器，那么我们就必须自己实现这个函数，因为上层代码向请求队列发生请求时都是通过这个函数来完成的。因为我们使用内存来模拟块设备，所以其实连请求队列都不需要，上面分配它仅仅为了让上层代码能够使用请求队列中的make_request_fn函数，否则上层代码会不知道去哪里调用make_request_fn。

 

　　对于上层代码发出的请求，可以直接用make_request_fn函数来完成请求并直接将结果返回给上层的代码。具体如下：

 

static void simp_blkdev_make_request(struct request_queue *q, struct bio *bio)
{
    struct bio_vec *bvec;
    int i;
    void *dsk_mem;
    ...
    dsk_mem = simp_blkdev_data + (bio->bi_sector << 9);
    /* 遍历 bio 中所有的 bvec */
    bio_for_each_segment(bvec, bio, i)
    {
        void *iovec_mem;

        switch(bio_rw(bio))
        {
            case READ:
            case READA:             /* 读和预读都进行同样的处理 */
                /* 用 kmalloc 将请求页映射到非线性映射区域进行
                    * 访问，这种方法主要是为了兼容高端内存，
                    * (bvec->bv_page 可能源于高端内存） */
                iovec_mem = kmap(bvec->bv_page) + bvec->bv_offset;
                memcpy(iovec_mem, dsk_mem, bvec->bv_len);
                kunmap(bvec->bv_page);
                break;
            case WRITE:
                    iovec_mem = kmap(bvec->bv_page) + bvec->bv_offset;
                    memcpy(dsk_mem, iovec_mem, bvec->bv_len);
                    kunmap(bvec->bv_page);
                    break;

            default:
                    printk(KERN_ERR SIMP_BLKDEV_DISKNAME
                            ":Unknown value of bio_rw: %lu\n",
                            bio_rw(bio));
                    bio_endio(bio, -EIO);
                    return ;
            }
        dsk_mem += bvec->bv_len;
    }
    bio_endio(bio, 0);
}

 

　　上面代码之间通过判断bio中的请求类型来判断具体的操作。bio_endio是用来返回给调用者make_request_fn执行结果的。有了上面自定义的make_request_fn，我们还要把该函数的地址赋值给请求队列中的make_request_fn，这样上层代码就可以使用我们自定义的这个函数了，这个可以通过函数blk_queue_make_request来完成，该函数的作用就是为请求队列绑定make_request_fn方法。

　　从上面的代码中可以看出，我们直接在make_request_fn中完成了上层代码的请求，但通常的方法make_request_fn仅仅是更加上层的请求生成request结构，并将该request插入到请求队列中，再由请求队列中的request_fn来完成请求队列中的请求。为什么要把上层的请求先插入到请求队列中，而不是像我们上面那样直接处理请求呢？原因是这些请求大多数都是涉及到慢速的磁盘操作，缓存这些请求到请求队列中有利于合并相邻的请求和排序请求（IO调度程序要做的事情），这样有利于减少磁盘寻道的时间，大家都知道磁盘的寻道时间是非常慢的。而在这里由于我们涉及的只是内存操作，所有就没有必须用这么复杂的机制了，直接像处理字符设备请求那样，来一个请求就处理一个。

 

分配一个gendisk

　　每个块设备都对应一个gendisk实例，这里也不例外，我们必须把为内存分配一个gendisk结构来把内存模拟为一个块设备。可以直接调用函数alloc_disk来分配一个gendisk结构。现在的问题是给设备分配一个什么设备号，可以可以随便选一个呢？显然是不行的，由于很多的设备号linux已经欲分配给了特定的设备，如果恰好选择了当前系统正在使用的设备号作为我们的设备号，那很显然最后会找不到我们的驱动程序，所以我们必须选一个系统一般都不用的设备号，打开linux/include/linux/major.h文件，我们会发现COMPAQ_SMART2_MAJOR到COMPAQ_SMART2_MAJOR7有8个之多的设备号，并且貌似这个设备号很少使用，所以我们就可以选着它了。有了gendisk结构，接下来就是根据我们的需要初始化这个结构了，具体如下：

 

/* 分配一个 gendisk 结构 */
        simp_blkdev_disk = alloc_disk(1);
     /* 填充 gendisk 主要结构成员 */
        strcpy(simp_blkdev_disk->disk_name, SIMP_BLKDEV_DISKNAME);
        simp_blkdev_disk->major = SIMP_BLKDEV_DEVICEMAJOR;
        simp_blkdev_disk->first_minor = 0;
        simp_blkdev_disk->fops = &simp_blkdev_fops;
        simp_blkdev_disk->queue = simp_blkdev_queue;
        set_capacity(simp_blkdev_disk, SIMP_BLKDEV_BYTES >> 9);

 

　　simp_blkdev_disk->disk_name设置磁盘的名字，这里我设置为cc，这个名字最后会作为设备文件名字出现在/dev目录中，方便我们最后读写这个设备文件。

　　simp_blkdev_disk->major是分配给我们这个虚拟设备的设备号，我选的是COMPAQ_SMART2_MAJOR，当然也可以选择其他的。simp_blkdev_disk->first_mino表示分配给设备的第一个从设备号，一般都是从0开始。simp_blkdev_disk->fops是根具体设备相关的底层函数集，由于我们用的是内存，所以这个只有简单的使用下面定义就行：

struct block_device_operations simp_blkdev_fops = 
{
        .owner = THIS_MODULE,
};

simp_blkdev_disk->queue就是前面创建的请求队列，set_capacity设置我们虚拟的这个设备的大小，以扇区为单位。

　　到这里一切都准备就绪了，最后只要使用add_disk函数向内核注册我们虚拟的块设备就行了。

 

测试

　　为了运行上面写得ram disk代码，最好的办法就是使用模块了。将上面的代码封装到模块中很简单，把创建请求队列和gendisk的代码都放在模块初始化代码中，把释放请求队列和gendisk的代码放在模块退出代码中。

 

static void __exit simp_blkdev_exit(void)
{
        del_gendisk(simp_blkdev_disk);        /* 删除 gendisk 结构 */
        put_disk(simp_blkdev_disk);        /* 释放一个该对象的引用 */
        blk_cleanup_queue(simp_blkdev_queue);    /* 清理请求队列 */
}

 

　　一切都准备就绪了，现在直接编译模块，将模块插入到内核中就可以了。在将模块插入到内核后，可以查看系统消息：

　　再查看/dev目录下，我们可以看到目录下多了cc这个文件。

 

　　好了，现在就相当于我们有了一个块设备，大小为16MB，现在可以做的事就是格式化这个设备为ext4文件系统。

 

　　接下来我们就可以将这个文件系统挂载到某个目录上进行操作了，我们可以在这个文件系统中创建文件，目录等。