如何在Linux系统中进行块设备的读写操作？

块设备

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，待条件成熟后，从缓存一次性写入设备或者从设备一次性读到缓冲区，块设备与字符设备并列，这两类设备在Linux中驱动的结构有较大差异，块设备驱动比字符设备驱动要复杂得多，在I/O操作上表现出极大的不同，如缓冲、I/O调度、请求队列等都是与块设备驱动相关的概念。

块设备读写流程

1、打开块设备：用户态程序通过open()系统调用打开指定的块设备，陷入内核后执行blkdev_open()函数，该函数注册到文件系统方法（file_operations）中的open上，在blkdev_open函数中调用bd_acquire()函数完成文件系统inode到块设备bdev的转换，得到具体块设备的bdev之后，调用do_open()函数完成设备打开的操作。

2、读写操作：用户程序通过read、write函数对设备进行读写，文件系统会调用相应的方法，如generic_file_read和blkdev_file_write，在读写过程中采用了多种策略，如直接IO方式和buffered write操作过程。

3、数据流操作：对于读操作，如果数据没有命中Cache，则通过address_space->a_ops->readpage函数发起一个真实的读请求，对于写操作，数据被写入Cache后，write函数就可以返回，后续异步写入的任务由pdflush daemon完成。

4、I/O调度：内核中的I/O调度程序子系统负责管理块设备的请求队列，决定队列中的请求的排列顺序以及什么时候派发请求到设备，内核提供了几种电梯算法来实现I/O调度，如No-op I/O scheduler、Anticipatory I/O scheduler、Deadline I/O scheduler和CFQ I/O scheduler。

5、通用块层（Generic Block Layer）：由通用块层负责维持一个I/O请求在上层文件系统与底层物理磁盘之间的关系，在通用块层中，通常用一个bio结构体来对应一个I/O请求。

块设备相关结构体

扇区（Sectors）：任何块设备硬件对数据处理的基本单位，1个扇区的大小为512字节。

块（Blocks）：由Linux制定对内核或文件系统等数据处理的基本单位，1个块由1个或多个扇区组成。

段（Segments）：由若干个相邻的块组成，是Linux内存管理机制中一个内存页或者内存页的一部分。

块设备驱动框架

块设备的应用在Linux中是一个完整的子系统，驱动对块设备的输入或输出(I/O)操作都会向块设备发出一个请求，在驱动中用request结构体描述，内核提供一种队列的机制把这些I/O请求添加到队列中（即：请求队列），在驱动中用request_queue结构体描述，在向块设备提交这些请求前内核会先执行请求的合并和排序预操作，以提高访问的效率。

Linux块设备的读写涉及多个步骤和组件，包括打开块设备、读写操作、数据流操作、I/O调度和通用块层等，这些组件协同工作，确保了块设备在Linux系统中的高效运行。

小伙伴们，上文介绍linux 块设备读写的内容，你了解清楚吗？希望对你有所帮助，任何问题可以给我留言，让我们下期再见吧。