原创 文件系统与块设备之间的接口

       最近一段时间一直在做一个块设备模块的性能分析、优化工作，因此，对Linux文件系统层的代码进行了初略的阅读，颇有心得。Linux的文件系统的确非常庞大，层次也非常清晰。以前一直将注意力集中在了设备管理的层面，所以，通过这次的阅读分析，可以从用户程序的system call开始，将读写请求整个贯穿到底层硬件的DMA。下面对块设备与文件系统之间的接口关系进行阐述，主要解决“文件系统是如何访问块设备的？”这个问题。

<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

       块设备可以在两种情况下发起probe过程，一是当总线驱动发现了块设备，回调该块设备驱动的probe函数，例如磁盘设备的驱动；二是驱动程序主动probe块设备，例如软RAID驱动程序，在insmod该程序后，会主动调用probe函数。Probe函数是设备驱动程序的核心函数，对于一类设备驱动而言，该函数的实现方式是雷同的，具有固定的格式。

       在块设备的probe过程中，首先需要例化一个对象——gendisk，该对象在内核中对块设备进行了抽象。Gendisk对象初始化成功之后调用add_disk（）函数将gendisk添加到系统中，在add_disk过程中需要生成bdev_inode结构，该结构维护了一个文件系统所需的inode节点，以及块设备的更高层次抽象bdev。该结构描述如下：

struct bdev_inode {

       struct block_device bdev;      //块设备

       struct inode vfs_inode;          //文件系统inode节点

};

       如下图所示，在inode节点中一系列ops指针，指向具体的操作函数集。如果inode描述的是一个块设备，那么ops函数集指向标准的块设备操作函数集。当用户open一个块设备时，会找到对应的inode，生成一个file对象，并且将inode中的file_operations（i_op）赋值给file对象中的f_op，从而建立了文件系统接口与块设备之间的接口。如果inode描述的是一个文件系统，那么inode中的操作函数集将指向文件系统具体的操作函数集。从这个思路来看，inode是vfs层的接口，block device是一个特殊的文件系统，具体文件系统在注册时，需要将回调的方法注册到inode中。/fs/Block_dev.c文件就是block device这一特殊文件系统的具体实现，其中实现了与文件系统之间接口的各种函数，包括file_operations函数集。大家感兴趣不妨研究一下。