深入浅出SCSI子系统（二）SCSI 磁盘驱动

Linux SCSI子系统实现了各种类型的高层驱动，如SCSI磁盘驱动、SCSI磁带驱动和SCSI CDROM驱动等。SCSI磁盘驱动对应的文件sd.c

SCSI总线类型scsi_bus_type SCSI设备和SCSI驱动 -->sd_probe()

在SCSI设备被发现，或者SCSI（高层）驱动被加载时，会在SCSI总线类型上和驱动链表中驱动，或者设备链表中的设备尝试绑定。在SCSI总线类型（scsi_bus_type，文件drivers/scsi/scsi_sysfs.c）中定义的match回调函数将首先被调用。

1.SCSI磁盘驱动重要结构体：

(1)SCSI磁盘结构体scsi_disk

这个结构中看到了一个指向通用磁盘描述符的指针，即disk域，看到了指向SCSI设备描述符的指针，即device域，还有一个指向SCSI驱动描述符的指针，即drives域。

在Linux中，用三个结构来共同表示一个SCSI磁盘，每个结构反映了SCSI磁盘的某方面属性：

• scsi_device：给出了作为SCSI设备方面的属性；

• scsi_disk：给出了作为SCSI磁盘方面的属性；

• gendisk：给出了作为通用磁盘方面的属性。

(2)SCSI驱动结构体 scsi_driver

(3)SCSI磁盘驱动实例为sd_template，定义在文件drivers/scsi/sd.c

PCI子系统和SCSI子系统的工作模式：

（1）PCI子系统的工作模式：PCI核心注册PCI总线类型，扫描PCI总线得到所有的PCI设备。PCI HBA驱动注册PCI设备驱动，逐个和PCI设备根据设备ID匹配；

（2）SCSI子系统的工作模式：SCSI中间层注册SCSI总线类型，SCSI较高层注册SCSI设备驱动，SCSI较低层（SCSI HBA驱动）则负责扫描SCSI总线得到所有的SCSI设备。SCSI设备将和SCSI设备驱动的匹配是根据SCSI INQUIRY响应中的SCSI设备类型域。

2. 同步执行部分

sd_probe函数是SCSI磁盘驱动的实际入口。它在驱动初始化期间，以及有新的SCSI设备被挂载到系统中时被调用。对于每个出现的SCSI设备（不仅仅是磁盘）都会调用一次。这个函数被从SCSI中间层调用，它在给定的<host, channel, id, lun>和新的设备名（如/dev/sda）之间建立映射。更精确地说，在这里选定了块设备的主设备编号和次设备编号。

static int sd_probe(struct device *dev)：这个函数具有唯一的参数，即驱动模型中的设备描述符指针。这个指针实际上指向SCSI设备的内嵌通用设备，即sdev_gendev域，因为SCSI设备是通过内嵌通用设备链入SCSI总线类型（scsi_bus_type）的设备链表的。若成功，这个函数返回0；否则返回错误码。

static int sd_probe(struct device *dev)
{
1.struct scsi_device *sdp = to_scsi_device(dev);//获取scsi磁盘设备描述符2.struct scsi_disk *sdkp;sdkp = kzalloc(sizeof(*sdkp), GFP_KERNEL);//分配scsi_disk磁盘描述符3.struct gendisk *gd;gd = alloc_disk(SD_MINORS);//分配gendisk。gendisk描述符的分配相对复杂，需要处理分区，因此调用专门的alloc_disk函数。对于SCSI磁盘，系统固定可以有15个分区，加上作为整体使用的磁盘，一共是SD_MINORS（16）个，作为参数传入。4.error = ida_get_new(&sd_index_ida, &index);error = sd_format_disk_name(“sd”, index, gd->disk_name, DISK_NAME_LEN);//为SCSI磁盘分配设备名，设备名为sda-sdz，sdaa-sdzz, sdaaa-sdzzz5.sdkp->device = sdp;sdkp->driver = &sd_template;sdkp->disk = gd;//构建SCSI磁盘各种结构关系中的一部分，将scsi_disk的device、driver及disk域分别指向scsi_disk、scsi_driver及gendisk描述符。6.device_initialize(&sdkp->dev);//初始化scsi磁盘内嵌devicesdkp->dev.parent = dev;sdkp->dev.class = &sd_disk_class;dev_set_name(&sdkp->dev, "%s", dev_name(dev));device_add(&sdkp->dev)//为scsi磁盘在sysfs中创建目录
/*SCSI磁盘在sysfs文件系统中创建目录。由于SCSI磁盘的内嵌设备有parent（为SCSI设备的内嵌通用对象），有class（为sd_disk_class），且parent没有class，该目录会在SCSI设备目录中创建在以类名（scsk_disk）为名字的子目录下，目录名字被设置成SCSI设备名。举例说明，/sys/devices/pci0000:00/0000:00:10.0/host2/target2:0:0/2:0:0:0/scsi_disk/2:0:0:0。*/}

下图：SCSI设备及其派生的SCSI磁盘之间的驱动模型设备关系

3.异步执行部分

sd_probe_async函数解析：

static void sd_probe_async(void *data)
{
1.struct scsi_device *sdp;struct scsi_disk *sdkp = data;struct gendisk *gd;sdp = sdkp->device;gd = sdkp->disk;index = sdkp->index;dev = &sdp->sdev_gendev;//驱动模型中的设备描述符
//通过已存在的关系，找到指向SCSI设备描述符的指针以及指向通用磁盘描述符的指针。2.    gd->fops = &sd_fops;//块设备操作表指针指向sd_fopsgd->private_data = &sdkp->driver;//private_data域指向scsi_disk结构中driver域的地址gd->queue = sdkp->device->request_queue;//queue指向SCSI设备描述符的请求队列3.sd_revalidate_disk(gd); //该函数的第一次调用，在add_disk之前进行
（1）sd_spinup_disk(sdkp);//向scsi磁盘发送命令，让磁盘转动起来
（2）sd_read_capacity(sdkp, buffer); //读取磁盘容量
（3）sd_read_block_limits(sdkp);sd_read_block_characteristics(sdkp);
（4）sd_read_write_protect_flag(sdkp, buffer);//读取磁盘写保护标志
（5）sd_read_cache_type(sdkp, buffer);//读取磁盘缓存类型
（6）sd_read_app_tag_own(sdkp, buffer)//读取磁盘ATO位
（7）sdkp->first_scan = 0;//此标志是判断是否函数第一次调用
（8）blk_queue_ordered(sdkp->disk->queue, ordered, sd_prepare_flush);//根据SCSI磁盘特性确定IO的屏障能力
（9）set_capacity(disk, sdkp->capacity);//根据INQUERY命令查询到的磁盘容量设置4.blk_queue_prep_rq(sdp->request_queue, sd_prep_fn);//将scsi请求队列的prep_rq_fn设置为sd_prep_fn此后不仅可以处理来自scsi层的请求，也可以处理来自通用io层的请求，可以为bio请求构建scsi命令5.gd->driverfs_dev = &sdp->sdev_gendev;//sysfs文件系统中联系通用磁盘和scsi设备，每个SCSI device对应一个通用磁盘6.dev_set_drvdata(dev, sdkp);//将scsi磁盘描述符指针赋值给sdp->sdev_gendev->drv_data域，sdp为scsi_device类型指针scsi磁盘驱动的其它回调函数（如sd_rescan, sd_shutdown等）都需要拿到scsi磁盘描述符7.add_disk(gd);//将通用磁盘添加到系统8.SCSI磁盘探测已经完成，我们在输出消息后返回。}

3 重新校验磁盘

在SCSI磁盘探测过程中，两次调用sd_revalidate_disk。这是有意安排的，让在add_disk之前和之后两次调用sd_revalidate_disk。其原因在于向块I/O子系统确定注册的方式。

sd_revalidate_disk()
{
1.sd_spinup_disk()//向SCSI磁盘发送命令让磁盘转动起来2.sd_read_capacity(sdkp, buffer);//读取磁盘容量3.sd_read_write_protect_flag()//读取SCSI磁盘的写保护标志4.sd_read_cache_type()//读取SCSI磁盘的缓存类型5.sd_read_app_tag_own()//读取SCSI磁盘的ATO位，即确定操作系统释放可以访问它的DIF三元组中的应用程序标签
//上述函数都是通过向SCSI磁盘发送命令，并查询返回的数据格式。6.sdkp->first_scan = 0;//通过first_scan域判断sd_revalidate_disk函数及它调用到的上述函数到底是在第一次运行时（add_disk之前），还是在第二次运行时（add_disk之后）。7.blk_queue_ordered(sdkp->disk->queue, ordered, sd_prepare_flush);//根据SCSI磁盘特性确定IO的屏障能力  将冲刷磁盘缓存的回调函数设置为sd_prepare_flush:最终调用SCSI命令SYNCHRONIZE_CACHE来实现将磁盘缓冲写到介质上8.set_capacity(disk, sdkp->capacity);//根据INQUERY命令查询到的磁盘容量,设置通用磁盘结构中的capacity域设置}

4 让磁盘转起来

sd_spinup_disk函数尝试等到SCSI磁盘已经准备好，必要时使磁盘转起来。前者发送TEST UNIT READY命令，后者发送START UNIT命令。

两层循环，外层循环的目的为让SCSI磁盘“准备好”给予足够的等待时间。

内层循环发送TEST_UNIT_READY命令，如果已知磁盘介质不存在，情况就简单了，可以直接返回。否则给它三次机会以忽略UnitAttention。

内层循环退出，根据其结果，有三种情况可以直接退出外层循环：（1）TEST_UNIT_READY成功，这是显而易见的；其他情况都表示设备还没有准备好，需要在外层循环进一步处理。所以：（2）因为处理必须给予感测数据，但我们拿不到有效的感测数据（3）所谓处理，是发送START_STOP命令，等待磁盘转动起来，但SCSI设备却指定了no_start_on_add域，不希望发送自动启动命令。

外层循环的剩余代码都是处理设备未准备好的情况的，又有以下三个分支：

• 如果感测数据为NOT_READY，向SCSI磁盘发送START UNIT命令，在此之前需要排除三种情况，这些都是通过附加感测码判断的：（1）需要手工介入，（2）磁盘正待机，（3）磁盘不可用。

• 如果感测数据为UNIT_ATTENTION，并且附加感测码为0x28，说明可能是USB闪存设备的情况。它和上一种情况一样，都在spintime为0的情况下设置它，开始或继续外层循环。

• 其他的感测数据都是不支持的，退出外层循环。退出外层循环后，根据结果可能输出一些内核消息，本函数即返回到调用者。

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