Linux输入输出系统（笔记）

字符设备

不同的操作下调用链关系：

1、打开字符设备

2、写入字符设备

3、ioctl(特殊的io操作)

总结：

中断发生的调用过程： 中断是从外部设备发起的，会形成外部中断。 外部中断会到达中断控制器，中断控制器会发送中断向量 Interrupt Vector 给 CPU。 对于每一个 CPU，都要求有一个 idt_table，里面存放了不同的中断向量的处理函数。 中断向量表中已经填好了前 32 位，外加一位 32 位系统调用，其他的都是用于设备中断。 硬件中断的处理函数是 do_IRQ 进行统一处理，在这里会让中断向量，通过 vector_irq 映射为 irq_desc。 irq_desc 是一个用于描述用户注册的中断处理函数的结构，为了能够根据中断向量得到 irq_desc 结构，会把这些结构放在一个基数树里面，方便查找。 irq_desc 里面有一个成员是 irqaction，指向设备驱动程序里面注册的中断处理函数。

块设备（淋漓尽致地表现了一切皆文件的思想）

mount（挂载）的整个过程：

1. 所有的块设备被一个 map 结构管理从 dev_t 到 gendisk 的映射；
2. 所有的 block_device 表示的设备或者分区都在 bdev 文件系统的 inode 列表中；
3. mknod 创建出来的块设备文件在 devtemfs 文件系统里面，特殊 inode 里面有块设备号；
4. mount 一个块设备上的文件系统，调用这个文件系统的 mount 接口；
5. 通过按照 /dev/xxx 在文件系统 devtmpfs 文件系统上搜索到特殊 inode，得到块设备号；
6. 根据特殊 inode 里面的 dev_t 在 bdev 文件系统里面找到 inode；
7. 根据 bdev 文件系统上的 inode 找到对应的 block_device，根据 dev_t 在 map 中找到 gendisk，将两者关联起来；
8. 找到 block_device 后打开设备，调用和 block_device 关联的 gendisk 里面的 block_device_operations 打开设备；
9. 创建被 mount 的文件系统的 super_block。

直接I/O与缓存I/O

对于块设备的 I/O 操作分为两种，一种是直接 I/O，另一种是缓存 I/O。无论是哪种 I/O，最终都会调用 submit_bio 提交块设备 I/O 请求。对于每一种块设备，都有一个 gendisk 表示这个设备，它有一个请求队列，这个队列是一系列的 request 对象。每个 request 对象里面包含多个 BIO 对象，指向 page cache。所谓的写入块设备，I/O 就是将 page cache 里面的数据写入硬盘。对于请求队列来讲，还有两个函数，一个函数叫 make_request_fn 函数，用于将请求放入队列。submit_bio 会调用 generic_make_request，然后调用这个函数。另一个函数往往在设备驱动程序里实现，我们叫 request_fn 函数，它用于从队列里面取出请求来，写入外部设备。

块设备I/O涉及到的文件系统分层结构：