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Linux nbd网络块设备(2)-内核实现

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1. 概述：

• 内核linux/drivers/block/nbd.c 是nbd 网络设备的底层驱动实现逻辑。
• 本文主要介绍nbd 设备注册及I/O请求的处理逻辑。

2. nbd 设备的初始化：

• disk 注册到内核后会产生/dev/nbdx 节点，后续nbd_client 可以通过该节点开始nbd 块设备传输；

• 设置tag_set.ops操作函数：

  nbd->tag_set.ops = &nbd_mq_ops;
  static const struct blk_mq_ops nbd_mq_ops = {.queue_rq	= nbd_queue_rq,.complete	= nbd_complete_rq,.init_request	= nbd_init_request,.timeout	= nbd_xmit_timeout,
  };
  

• 设置disk 的操作函数:

  • 该函数集主要用于nbd_client 打开nbd 设备，执行ioctl 指令，开始块传输等操作；

  disk->fops = &nbd_fops;
  static const struct block_device_operations nbd_fops =
  {.owner =	THIS_MODULE,.open =		nbd_open,.release =	nbd_release,.ioctl =	nbd_ioctl,.compat_ioctl =	nbd_ioctl,.free_disk =	nbd_free_disk,
  };
  

• nbd 与tag_set 的关联：

  • tag_set 是nbd的成员

  • tag_set的driver_data 指向该nbd

    nbd->tag_set
    nbd->tag_set.driver_data=nbd
    

• nbd 与disk的关联：

  • disk 基于tag_set 分配并初始化
  • disk 是nbd 的成员
  • disk的private_data 指向该nbd

  disk = blk_mq_alloc_disk(&nbd->tag_set, NULL);
  nbd->disk = disk;
  disk->private_data = nbd;
  

3. nbd 设备实例创建流程：

• nbd_fops 是操作disk 时的相关处理函数，执行nbd_open时会实例化config
• 所有的ioctl cmd 均通过nbd_ioctl 进行处理，主要设置config 相关属性
• 执行完NBD_DO_IT 后，nbd 会更新硬件队列并将recv_work 提交工作队列
• sock 存储关系：

  • 可以通config→socks[connection_number]→sock 访问到链接nbd_client 建立的sock,基于该sock 读取nbd_client 的数据或发送相关cmd

    //nbd.c nbd_add_socket()
    sock = nbd_get_socket(nbd, arg, &err);
    nsock->sock = sock;
    socks[config->num_connections++] = nsock;
    config->socks = socks;
    

3. nbd I/O 传输流程：

• 通过sock 将块层请求发送给服务端
  • 以virtual-media 为例，将读取镜像的请求通过sock 发送给远程服务端
• 通过sock 读取来着服务端的响应及响应数据，然后存储到bio_vec 指定内存。供更底层设备获取。

3.1 nbd 块层请求及数据发送：

• 以virtual-meida 举例，USB层会将USB的请求转换为块请求，并通过nbd_queue_rq 将请求数据通过sock 发给服务端。
  

3.2 nbd 接收处理：

• recv_work 触发：
  • nbd 模组初始化执行nbd_dev_add 的时候，会创建recv_workq接收工作队列；
  • nbd 响应NBD_DO_IT ioctl cmd 执行nbd_start_device(nbd);时，将recv_work 提交到recv_workq,内核调度会执行recv_workq的工作线程，并执行recv_work.
  • 在recv_work 中主要通过socket读取服务端replay 并读取对应数据到bio_vec