Linux如何编写块设备驱动_LinuxBlockDriver开发教程-linux运维-PHP中文网

Linux如何编写块设备驱动_LinuxBlockDriver开发教程

舞夢輝影

发布： 2025-11-25 20:58:03

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首先实现块设备驱动需理解gendisk与request_queue的作用，1. gendisk描述设备信息并注册到系统；2. request_queue管理I/O请求并通过make_request处理bio；3. 每个bio包含多个段，驱动需遍历并完成数据拷贝；4. 模块卸载时按顺序释放资源；5. 编译后通过insmod加载并用mkfs、mount测试。

linux如何编写块设备驱动_linuxblockdriver开发教程

编写Linux块设备驱动需要理解内核中块I/O子系统的基本架构和数据流。块设备与字符设备不同，它以固定大小的数据块为单位进行读写，并支持随机访问。典型的块设备包括硬盘、SSD、U盘等。本文将带你一步步实现一个简单的内存模拟块设备驱动（RAM Disk），帮助你掌握Linux块设备驱动开发的核心要点。

1. 理解块设备驱动的基本结构

Linux块设备驱动主要依赖于struct gendisk和struct request_queue两个核心结构体：

gendisk：描述一个逻辑块设备，包含设备名、主次设备号、分区信息等。
request_queue：管理来自文件系统的I/O请求，驱动需为其注册请求处理函数。

块设备不直接处理read/write系统调用，而是通过请求队列接收bio（block I/O）结构，由驱动完成数据搬运。

2. 创建请求队列与gendisk实例

在模块初始化函数中，需分配并初始化请求队列和gendisk：

static struct request_queue *queue;
static struct gendisk *disk;
<p>static int __init my_blk_init(void)
{
// 分配请求队列
queue = blk_alloc_queue(GFP_KERNEL);
if (!queue)
return -ENOMEM;</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>// 设置请求处理函数
blk_queue_make_request(queue, my_make_request);

// 分配gendisk结构（1个分区）
disk = alloc_disk(1);
if (!disk) {
    blk_cleanup_queue(queue);
    return -ENOMEM;
}

disk->major = MY_BLK_MAJOR;         // 主设备号
disk->first_minor = 0;
disk->fops = &my_blk_fops;          // 文件操作（通常为空或仅占位）
disk->queue = queue;
strcpy(disk->disk_name, "myblk");

// 设置容量（以512字节扇区为单位）
set_capacity(disk, MY_BLK_SIZE / 512);

// 注册设备
add_disk(disk);

return 0;

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}

3. 实现make_request函数处理I/O

传统方式使用make_request函数逐个处理bio。每个bio代表一次I/O操作，可能包含多个段（segment）：

static int my_make_request(struct request_queue *q, struct bio *bio)
{
    struct bio_vec bvec;
    sector_t sector = bio->bi_iter.bi_sector;
    void *mem = myblk_data + (sector * 512); // 内存偏移
    bool is_write = op_is_write(bio_op(&bio));
<pre class='brush:php;toolbar:false;'>if (sector * 512 + bio->bi_iter.bi_size > MY_BLK_SIZE) {
    bio_endio(bio, -EIO);
    return 0;
}

bio_for_each_segment(bvec, bio, iter) {
    char *bdata = kmap_atomic(bvec.bv_page) + bvec.bv_offset;
    if (is_write)
        memcpy(mem, bdata, bvec.bv_len);
    else
        memcpy(bdata, mem, bvec.bv_len);
    kunmap_atomic(bdata - bvec.bv_offset);
    mem += bvec.bv_len;
}

bio_endio(bio, 0);
return 0;

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}

注意：现代内核推荐使用blk_mq_make_request配合多队列机制，但简单驱动仍可用传统方式。

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4. 清理资源与模块卸载

模块卸载时必须释放申请的资源，顺序不能错：

static void __exit my_blk_exit(void)
{
    del_gendisk(disk);
    put_disk(disk);
    blk_cleanup_queue(queue);
}

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确保在del_gendisk后不再有新的I/O进入，避免空指针访问。

5. 编译与测试

编写Makefile：

obj-m += myblk.o
<p>KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build</p><p>all:
$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules</p><p>clean:
$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean</p>

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编译后加载模块：

sudo insmod myblk.ko
dmesg | tail        # 查看设备号
lsblk               # 应看到 myblk 设备
sudo mkfs.ext4 /dev/myblk
sudo mount /dev/myblk /mnt
echo "hello" > /mnt/test.txt

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基本上就这些。从零写块设备驱动的关键是理解bio的处理流程和内存映射方式。虽然真实硬件驱动还需处理DMA、中断等，但内存模拟设备是学习的良好起点。调试时多用dmesg观察内核输出，逐步验证读写正确性。

以上就是Linux如何编写块设备驱动_LinuxBlockDriver开发教程的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！