1.块设备驱动
块设备驱动是Linux用于存储和访问数据的重要设备类型，与字符设备不同，块设备以固定大小的数据块为单位进行交换，块设备对数据请求有缓冲区，因此可以调整响应请求的顺序。
块设备驱动架构
文件系统层将读写请求转化为bio结构体对象，并调用submit_bio将请求提交到下一层，submit中会将bio整合到request结构体中，并形成request_queue队列，并且使用调度算法对队列中的请求进行优化调度，最后调用块设备驱动的make_request_fn处理请求,块设备驱动从队列中取出请求，并通过硬件接口执行读写操作。
映射层
虚拟地址转换为逻辑块地址有以下几个过程：
虚拟地址首先经过MMU机制转换为物理地址，然后查找对应的物理页是否存在于页缓存基数树中，不存在就在基数树中新建一个页缓存，在页缓存中会保存address_space的地址，通过address_space从而找到文件本身inode，将文件逻辑块转换为物理块号，最后依据文件系统超级块所记录的扇区数将物理块号转化为设备LBA。将请求简单地进行合并后，由IO调度器负责提交IO请求。
有I/O调度的块设备:(I/O调度意思就是在应用层对块设备进行操作时候，这个调度模块会把对块设备的操作转化为请求request，然后放到请求队列中，因此在处理时候，主要对请求队列中的request进行操作)，通过blk_init_queue初始化请求队列，由调度器管理request，再分发给驱动。
没有I/O调度的设备：EMMC以及SD卡，当其使用时，相当于直接对结构体bio进行操作，此时的bio不在request结构体中了，绕过传统的I/O调度器，每个bio直接传递给驱动处理，不再合并为request，随机进行访问，不需要进行控制。
对于块设备的操作，相当于存储设备操作，有三个要清楚的地方：（1）物理存储器的地址在哪，（2）内存中的地址在哪 （3）存储长度是多少。由bio来控制，其中bi_sector即物理设备，比如EMMC，bi_vec即内存。
块设备驱动相关结构体
block_device_operations结构体
在块设备驱动中，该结构体类似于字符设备驱动中file_operation结构体,定义了对块设备操作的集合。
cpp
struct block_device_operations {
int (*open) (struct block_device *, fmode_t);
void (*release) (struct gendisk *, fmode_t);
//rw_page 函数用于读写指定的页
int (*rw_page)(struct block_device *, sector_t, struct page *, int rw);
//ioctl 函数用于块设备的 I/O 控制
int (*ioctl) (struct block_device *, fmode_t, unsigned, unsigned long);
int (*compat_ioctl) (struct block_device *, fmode_t, unsigned, unsigned long);
long (*direct_access)(struct block_device *, sector_t,
void **, unsigned long *pfn, long size);
unsigned int (*check_events) (struct gendisk *disk,
unsigned int clearing);
/* ->media_changed() is DEPRECATED, use ->check_events() instead */
int (*media_changed) (struct gendisk *);
void (*unlock_native_capacity) (struct gendisk *);
int (*revalidate_disk) (struct gendisk *);
//getgeo 函数用于获取磁盘信息，包括磁头、柱面和扇区等信息
int (*getgeo)(struct block_device *, struct hd_geometry *);
/* this callback is with swap_lock and sometimes page table lock held */
void (*swap_slot_free_notify) (struct block_device *, unsigned long);
struct module *owner;
};gendisk结构体:在内核中，使用gendisk(通用磁盘)结构体来表示1个独立的磁盘设备（或分区）。
cpp
struct gendisk {
int major; /* 磁盘设备的主设备号 */
int first_minor; /* 磁盘的第一个次设备号 */
int minors; /* 磁盘的次设备号数量，即磁盘的分区数量 */
char disk_name[DISK_NAME_LEN]; /* name of major driver */
char *(*devnode)(struct gendisk *gd, umode_t *mode);
unsigned int events; /* supported events */
unsigned int async_events; /* async events, subset of all */
/* 磁盘对应的分区表 */
struct disk_part_tbl __rcu *part_tbl;
struct hd_struct part0;
const struct block_device_operations *fops; /* 块设备操作集 */
struct request_queue *queue; /* 磁盘对应的请求队列 */
void *private_data;
int flags;
struct device *driverfs_dev; // FIXME: remove
struct kobject *slave_dir;
struct timer_rand_state *random;
atomic_t sync_io; /* RAID */
struct disk_events *ev;
#ifdef CONFIG_BLK_DEV_INTEGRITY
struct blk_integrity *integrity;
#endif
int node_id;
};major、first_minor和minors共同表征了磁盘的主、次设备号，同一个磁盘的各个分区共享1个主设备号，而次设备号则不同。fops为block_device_operations，即上节描述的块设备操作集合。queue是内核用来管理这个设备的 I/O请求队列的指针。capacity表明设备的容量，以512个字节为单位。private_data可用于指向磁盘的任何私有数据，用法与字符设备驱动file结构体的private_data类似。
2.字符设备驱动
字符设备驱动管理的核心对象是以字符为数据流的设备。在Linux内核中，通过cdev数据结构进行了抽象。
cpp
struct cdev {
struct kobject kobj; // 内核对象（用于设备模型层级管理）
struct module *owner; // 所属模块（通常为THIS_MODULE）
const struct file_operations *ops; // 设备操作函数集（核心）
struct list_head list; // 内核链表节点（用于全局设备管理）
dev_t dev; // 设备号（主+次设备号）
unsigned int count; // 管理的设备数量（连续次设备号个数）
};kobj:用于Linux设备驱动模型。owner:字符设备驱动所在内核模块对象指针。
ops:字符设备驱动中最关键的一个操作函数，用于与应用程序进行交互。
list:用来将字符设备串成一个链表。
dev:字符设备的设备号，由主设备号和次设备号组成。
count:同属某个主设备号的此设备号的个数。
设备驱动可以通过两种方式产生cdev数据结构:一种是使用全局静态变量，另一种是通过内核提供的cdev_alloc()接口函数。
cdev_init()函数:初始化cdev数据结构，并且建立设备与驱动操作方法集file_operations之间的连接关系。
cdev_add()函数:把一个字符设备添加到系统中，通常在驱动的probe()函数中会调用该接口函数来注册字符设备。
cdev_del()函数:从系统中删除cdev数据结构，通常在设备的卸载函数里会调用该接口函数。
设备节点
Linux中一切皆文件，如果应用程序想使用驱动提供的服务或操作设备，那么需要通过访问设备文件来完成。设备文件使得用户程序操作硬件设备就像操作普通文件一样。主设备号代表一类设备，次设备号代表同一类设备的不同个体，每个次设备号都有一个不同的设备节点。系统中所有的设备节点都存放在/dev/目录中。dev是动态生成的、使用devtmpfs虚拟文件系统挂载的、基于RAM的虚拟文件系统。
在Linux内核中，使用cdev结构体来描述字符设备，使用其成员来定义设备号，通过主设备号+次设备号的方式确定字符设备的唯一性。 通过其成员file_operations来定义字符设备驱动提供给VFS的接口函数，如read()、write()等。在字符驱动设备中，模块加载函数通过 register_chrdev_region() 或 alloc_chrdev_region() 来静态或者动态获取设备号；通过 cdev_init() 建立 cdev 与 file_operations 之间的连接，通过 cdev_add() 向系统添加一个 cdev 以完成注册；模块卸载函数通过 cdev_del() 来注销 cdev，通过 unregister_chrdev_region() 来释放设备号；
文件私有数据
每个硬件设备都有一些属性，比如主设备号(dev_t)，类(class)、设备(device)，在编写驱动的时候可以将这些属性全部写成变量的形式，但对于一个设备的所有属性信息最好将其做成一个结构体,编写驱动 open 函数的时候将设备结构体作为私有数据添加到设备文件中。在 open 函数里面设置好私有数据后，在 write、 read、 close 函数中直接读取 private_data即可得到设备结构体。
