71、深入解析块设备驱动与通用块层机制

深入解析块设备驱动与通用块层机制

在计算机系统中，块设备的高效管理和数据传输至关重要。本文将详细探讨块设备处理、段的概念、通用块层的功能以及相关数据结构和操作流程。

1. 块设备处理与缓存头

在块设备处理中，缓存头（buffer head）是一个关键概念。不过，我们主要关注其中几个重要字段：
- b_page ：存储包含块缓冲区的页框的页描述符地址。
- b_data ：若页框位于高端内存，该字段存储块缓冲区在页内的偏移量；否则，存储块缓冲区本身的起始线性地址。
- b_blocknr ：存储逻辑块号，即磁盘分区内块的索引。
- b_bdev ：标识使用该缓存头的块设备。

2. 磁盘 I/O 操作与段

磁盘 I/O 操作通常涉及将相邻扇区的内容在磁盘和内存之间进行传输。大多数情况下，数据传输由磁盘控制器通过直接内存访问（DMA）操作完成。块设备驱动程序只需向磁盘控制器发送合适的命令来触发数据传输，传输完成后，控制器会发出中断通知驱动程序。

数据传输存在物理限制，单个 DMA 操作传输的数据必须来自磁盘上相邻的扇区。早期磁盘控制器仅支持“简单”的 DMA 操作，数据在物理上连续的内存单元之间传输。而现代磁盘控制器还支持分散 - 聚集（scatter - gather）DMA 传输，数据可以在多个不连续的内存区域之间传输。

为了利用分散 - 聚集 DMA 操作，块设备驱动程序需要以段（segment）为单位处理数据。段可以是一个内存