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内核块设备详解

文档创建者:东吴
浏览次数:43
最后更新:2024-11-01
本帖最后由 东吴 于 2024-11-1 18:41 编辑

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//段之间的关系图如下:
                                                                                       image.jpg
三者之间的关系:扇区(512)<=<=(4096)=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:
       image.jpg         
   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LBAlogic Block Address)起始地址和扇区数;
           3、块设备与文件系统之间的关系
         image.jpg   
   块设备处理过程涉及Linux内核中很多模块
         image.jpg         
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))
       image.jpg
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
       image.jpg
3、磁盘分区--源码分析
       image.jpg
4、块设备操作集合--源码分析   
       image.jpg

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