Linux nvme驱动分析

Ioctl流程：

static int nvme_ioctl(struct block_device *bdev, fmode_t mode, unsigned int cmd,
unsigned long arg)
{
struct nvme_ns *ns = bdev->bd_disk->private_data;

switch (cmd) {
case NVME_IOCTL_ID:
return ns->ns_id;
case NVME_IOCTL_ADMIN_CMD:
return nvme_user_admin_cmd(ns->dev, (void __user *)arg);
case NVME_IOCTL_SUBMIT_IO:
return nvme_submit_io(ns, (void __user *)arg);
default:
return -ENOTTY;
}

}

static int nvme_user_admin_cmd(struct nvme_dev *dev,
struct nvme_admin_cmd __user *ucmd)
{
struct nvme_admin_cmd cmd;
struct nvme_command c;
int status, length;
struct nvme_iod *uninitialized_var(iod);

if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))

return -EACCES;

//从用户空间复制给定的命令信息，这个命令比64字节长，包含其他信息

if (copy_from_user(&cmd, ucmd, sizeof(cmd)))
return -EFAULT;

memset(&c, 0, sizeof(c));
c.common.opcode = cmd.opcode;
c.common.flags = cmd.flags;
c.common.nsid = cpu_to_le32(cmd.nsid);
c.common.cdw2[0] = cpu_to_le32(cmd.cdw2);
c.common.cdw2[1] = cpu_to_le32(cmd.cdw3);
c.common.cdw10[0] = cpu_to_le32(cmd.cdw10);
c.common.cdw10[1] = cpu_to_le32(cmd.cdw11);
c.common.cdw10[2] = cpu_to_le32(cmd.cdw12);
c.common.cdw10[3] = cpu_to_le32(cmd.cdw13);
c.common.cdw10[4] = cpu_to_le32(cmd.cdw14);
c.common.cdw10[5] = cpu_to_le32(cmd.cdw15);

// 获取需要传输的数据长度
length = cmd.data_len;

if (cmd.data_len) {

// 将用户空间的内存地址映射成DMA总线地址

iod = nvme_map_user_pages(dev, cmd.opcode & 1, cmd.addr,
length);
if (IS_ERR(iod))

return PTR_ERR(iod);

// 根据需要传输数据的长度构造nvme命令的prp指针或prp list

length = nvme_setup_prps(dev, &c.common, iod, length,
GFP_KERNEL);
}

if (length != cmd.data_len)
status = -ENOMEM;
else
status = nvme_submit_admin_cmd(dev, &c, &cmd.result);

// 如果有数据传输，取消对用户空间的映射，释放iod结构空间
if (cmd.data_len) {
nvme_unmap_user_pages(dev, cmd.opcode & 1, iod);
nvme_free_iod(dev, iod);
}

// 将结果返回给用户
if (!status && copy_to_user(&ucmd->result, &cmd.result,
sizeof(cmd.result)))
status = -EFAULT;

return status;

}

/* 完成将user page映射成dma总线地址工作 */

static struct nvme_iod *nvme_map_user_pages(struct nvme_dev *dev, int write,
unsigned long addr, unsigned length)
{
int i, err, count, nents, offset;
struct scatterlist *sg;
struct page **pages;
struct nvme_iod *iod;

if (addr & 3)
return ERR_PTR(-EINVAL);
if (!length)
return ERR_PTR(-EINVAL);

offset = offset_in_page(addr);

count = DIV_ROUND_UP(offset + length, PAGE_SIZE);

1.根据offset + length计算出这块空间对应多少个page，因为DMA传输是以page为单位的。

2.分配page结构，用于描述这段地址空间。

pages = kcalloc(count, sizeof(*pages), GFP_KERNEL);
if (!pages)
return ERR_PTR(-ENOMEM);

/* 调用get_user_pages_fast将addr对应的用户空间区域赋值给这些page结构并将其标记为常驻内存 */
err = get_user_pages_fast(addr, count, 1, pages);
if (err < count) {
count = err;
err = -EFAULT;
goto put_pages;
}

/* 分配iod结构，io description，用于描述执行io所需要信息 */

iod = nvme_alloc_iod(count, length, GFP_KERNEL);

/* 使用iod中的sg list */

sg = iod->sg;
sg_init_table(sg, count);
for (i = 0; i < count; i++) {
sg_set_page(&sg[i], pages[i],
min_t(int, length, PAGE_SIZE - offset), offset);
length -= (PAGE_SIZE - offset);
offset = 0;
}
sg_mark_end(&sg[i - 1]);
iod->nents = count; /* 记录一共有多少个page需要传输 */

err = -ENOMEM;

/* 将sg中包含的page地址映射成dma总线地址，设备需要总线地址才能访问这些page */

nents = dma_map_sg(&dev->pci_dev->dev, sg, count,
write ? DMA_TO_DEVICE : DMA_FROM_DEVICE);
if (!nents)
goto free_iod;

/* 释放page结构，返回iod */
kfree(pages);
return iod;

free_iod:
kfree(iod);
put_pages:
for (i = 0; i < count; i++)
put_page(pages[i]);
kfree(pages);
return ERR_PTR(err);

}

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