内核块设备详解

一、基本概念

磁盘（disk）是指利用磁记录技术存储数据的存储器。磁盘是计算机主要的存储介质，可以存储大量的二进制数据，并且断电后也能保持数据不丢失。早期计算机使用的磁盘是软磁盘（Floppy Disk，简称软盘），如今常用的磁盘是硬磁盘（Hard disk，简称硬盘）。

1、块设备

是一种具有一定结构的随机存取设备，对这种设备的读写是按块进行的，它使用缓冲区来存放暂时的数据，满足条件，从缓存一次性写入设备或者从设备一次性读到缓冲区。

     a、扇区：硬盘的基本访问单位，扇区的大小一般是512B。

     b、块：扇区是硬件传输数据的基本单位，硬件一次传输一个扇区的数据到内存中。

     c、段：主要为了做scatter/gather DMA操作使用，同一个物理页面中的在硬盘存储介质上连续的多个块组成一个段。

     d、文件块大小定义和文件系统块一样；只是相对于文件的一个偏移逻辑块，需要通过具体文件系统中的此文件对应的inode节点所记录的间接块信息，换算成对应的文件系统块。

扇区由磁盘的物理特性所决定；块缓冲区由内核代码决定；块由缓冲区决定，是块缓冲区大小的整数倍（但是不能超过一页）

                                      扇区/块/段之间的关系图如下:

                                                                                      

三者之间的关系：扇区(512)<=块<=页(4096)块=n*扇区(n为整数)

段由多个块组成，一个段就是一个内存页。Linux系统一次读取磁盘的大小是一个块，页不是一个扇区，块设备驱动由此得名。

1、磁盘设备结构如下：

               

   一个弧道被划分成多个段，每个段就是一个扇区。

   2、访问磁盘

           Sata硬盘实现的串行ATA协议，ATA下盘命令中记录有LBA（logic Block Address)起始地址和扇区数；

           3、块设备与文件系统之间的关系

           

   块设备处理过程涉及Linux内核中很多模块

                 

块I/O调度层目的：将请求按照它们对应在块设备上扇区号进行排列，以减少磁头移动，提升效率。

二、块设备详解

1、块设备I/O操作

       1、块设备以块为单位接收输入和返回输出，而字符设备则以字节为单位；

       2、块设备对于I/O请求有对应的缓冲区；

       3、字符设备只能被顺序读写，而块设备可以随机访问。

块设备---源码分析(block_device是伪文件系统bdevfs中对块设备或设备分区抽象，它唯一对应于一个设备号（对分区来讲，主设备号相同，次设备号不同））

      

2、通用磁盘-源码分析（gendisk，对通用磁盘的描述，与真正的底层物理相关联

      

3、磁盘分区--源码分析

      

4、块设备操作集合--源码分析