deepin-community/kernel SCSI子系统：存储设备驱动框架-优快云博客

deepin-community/kernel SCSI子系统：存储设备驱动框架

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引言：存储设备管理的核心引擎

在现代操作系统中，SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）子系统扮演着存储设备管理的核心角色。作为Linux内核的重要组成部分，SCSI子系统提供了一个统一的框架来管理各种存储设备，从传统的硬盘驱动器到现代的固态硬盘和存储阵列。

你是否曾经遇到过这样的问题：

为什么不同类型的存储设备（SATA、SAS、USB存储）都能在Linux系统中统一管理？
内核如何高效地处理成千上万的I/O请求而不出现混乱？
存储设备的错误恢复和超时处理是如何实现的？

本文将深入解析deepin-community/kernel中的SCSI子系统，揭示其作为存储设备驱动框架的设计哲学、核心架构和实现细节。

SCSI子系统架构总览

核心层次结构

SCSI子系统采用典型的分层架构设计，各层职责明确，协同工作：

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核心数据结构关系

SCSI子系统通过几个关键数据结构来管理存储设备：

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核心组件深度解析

1. SCSI主机结构（Scsi_Host）

Scsi_Host结构体是SCSI子系统的核心，代表一个SCSI主机适配器：

struct Scsi_Host {
    struct list_head    __devices;      // 设备链表
    struct list_head    __targets;      // 目标设备链表
    spinlock_t          *host_lock;     // 主机锁
    const struct scsi_host_template *hostt; // 主机模板
    unsigned int        host_no;        // 主机编号
    unsigned int        max_channel;    // 最大通道数
    unsigned int        max_id;         // 最大目标ID
    u64                 max_lun;        // 最大LUN
    int                 can_queue;      // 最大队列深度
    short               cmd_per_lun;    // 每个LUN的命令数
    enum scsi_host_state shost_state;   // 主机状态
    // ... 更多字段
};

2. SCSI设备结构（scsi_device）

每个SCSI设备都由scsi_device结构体表示：

struct scsi_device {
    struct Scsi_Host    *host;          // 所属主机
    struct request_queue *request_queue; // 请求队列
    uint                id;             // 目标ID
    uint                channel;        // 通道号
    u64                 lun;            // LUN号
    unsigned char       type;           // 设备类型
    char                scsi_level;     // SCSI级别
    unsigned short      queue_depth;    // 队列深度
    enum scsi_device_state sdev_state;  // 设备状态
    // ... 超过100个字段
};

3. SCSI命令结构（scsi_cmnd）

SCSI命令封装在scsi_cmnd结构体中：

struct scsi_cmnd {
    struct scsi_device  *device;        // 目标设备
    unsigned char       *cmnd;          // CDB命令块
    unsigned short      cmd_len;        // 命令长度
    unsigned int        result;         // 执行结果
    struct request      *request;       // 关联的请求
    // ... 其他字段
};

SCSI工作流程详解

命令处理流程

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错误处理机制

SCSI子系统实现了复杂的错误处理机制：

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关键特性实现

1. 队列深度管理

SCSI子系统通过智能的队列深度管理来优化性能：

int scsi_change_queue_depth(struct scsi_device *sdev, int depth)
{
    depth = min_t(int, depth, scsi_device_max_queue_depth(sdev));
    
    if (depth > 0) {
        sdev->queue_depth = depth;
        wmb();
    }
    
    if (sdev->request_queue)
        blk_set_queue_depth(sdev->request_queue, depth);
    
    sbitmap_resize(&sdev->budget_map, sdev->queue_depth);
    return sdev->queue_depth;
}

2. 超时处理

enum scsi_timeout_action (*eh_timed_out)(struct scsi_cmnd *);

驱动程序可以实现自定义的超时处理策略，决定是重试、中止还是重置。

3. VPD（Vital Product Data）支持

SCSI子系统支持读取设备的VPD信息：

int scsi_get_vpd_page(struct scsi_device *sdev, u8 page, 
                     unsigned char *buf, int buf_len)
{
    if (!scsi_device_supports_vpd(sdev))
        return -EINVAL;
    
    // 获取VPD页面大小并读取数据
    // ...
}

设备发现和扫描机制

扫描过程

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LUN扫描策略

SCSI子系统支持多种LUN扫描方式：

扫描方式	描述	适用场景
顺序扫描	逐个LUN扫描	传统设备
REPORT LUNS	使用REPORT LUNS命令	现代设备
并行扫描	多LUN同时扫描	高性能设备

性能优化技术

1. 分散/聚集（Scatter-Gather）支持

unsigned short sg_tablesize;        // SG表大小
unsigned short sg_prot_tablesize;   // 保护信息SG表大小

2. 标签命令（Tagged Command Queuing）

unsigned tagged_supported:1;    // 支持标签命令
unsigned simple_tags:1;         // 简单标签使能

3. 多队列支持

unsigned nr_hw_queues;          // 硬件队列数量

错误处理和恢复

错误处理层次

SCSI子系统实现了分层的错误处理机制：

命令级恢复：尝试重新执行失败的命令
设备级恢复：重置特定设备
目标级恢复：重置整个目标
总线级恢复：重置SCSI总线
主机级恢复：重置主机适配器

超时管理

#define SCSI_DEFAULT_EH_TIMEOUT (10 * HZ)  // 默认超时时间

实际应用案例

1. 设备配置示例

// 创建设备配置示例
static int example_slave_configure(struct scsi_device *sdev)
{
    struct example_priv *priv = sdev->hostdata;
    
    // 设置队列深度
    scsi_change_queue_depth(sdev, EXAMPLE_QUEUE_DEPTH);
    
    // 配置同步传输参数
    if (sdev->sdtr)
        configure_sync_transfer(sdev);
    
    // 设置超时时间
    sdev->eh_timeout = EXAMPLE_EH_TIMEOUT;
    
    return 0;
}

2. 命令处理示例

static int example_queuecommand(struct Scsi_Host *shost,
                               struct scsi_cmnd *cmd)
{
    struct example_priv *priv = shost_priv(shost);
    
    // 检查主机状态
    if (unlikely(scsi_host_in_recovery(shost)))
        return SCSI_MLQUEUE_HOST_BUSY;
    
    // 映射命令到硬件队列
    int queue_num = blk_mq_unique_tag_to_hwq(blk_mq_unique_tag(cmd->request));
    
    // 提交命令到硬件
    if (submit_to_hw(priv, cmd, queue_num)) {
        cmd->scsi_done(cmd);
        return 0;
    }
    
    return SCSI_MLQUEUE_DEVICE_BUSY;
}

调试和故障排除

调试信息获取

SCSI子系统提供了丰富的调试信息：

# 查看SCSI主机信息
cat /proc/scsi/scsi

# 查看设备信息
cat /sys/class/scsi_device/*/device/model

# 调试日志启用
echo 1 > /sys/module/scsi_mod/parameters/scsi_logging_level

常见问题排查

问题现象	可能原因	解决方案
设备不识别	驱动未加载	加载对应驱动
I/O性能差	队列深度设置不当	调整queue_depth
命令超时	硬件故障或配置问题	检查硬件连接

总结与展望

SCSI子系统作为Linux内核存储栈的核心组件，提供了：

统一的设备抽象：将各种存储设备统一管理
高效的I/O调度：智能的队列管理和命令调度

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创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考