磁盤IO操作如何通常在內核級程序集中查找？

Question

在用戶空間中，執行磁盤IO與鏈接C庫一樣容易，或者如果您喜歡冒險，可以直接執行系統調用。我想知道內核本身如何執行IO。

換句話說，假設我假設在特權模式下運行裸機上的應用程序。我如何訪問通過SATA連接連接的磁盤硬件？我是否從預先確定的地址執行加載？是否有某種與io相關的指令？

Answer 1

Linux有一個函數調用跟蹤器。我建議你跟蹤IO請求。

警告：以下是我自己寫的，沒有真正知道真實的細節。

基本上，你需要使用PCI API交談的磁盤設備設置直接內存訪問，因爲你不想在每次讀取磁盤塊（或以太網幀）一個字節。所以你告訴硬件一些內存區（從地址X開始，長度爲N字節）是DMA區。您還可以設置內存緩存，以便知道該區域內的數據可以在沒有CPU寫入的情況下進行更改，因此即使您是單處理器也是易變的。

假設硬件一次只支持一個DMA事務。然後，你發送的命令，如「讀取512字節扇區數X（即字節×< < 9通過（（X + 1）< < 9）在盤的-1），放入DMA區域。當你完成，發出中斷「。磁盤控制器做它的事情（它有一個ARM CPU和所有東西），通過PCI跨接到北橋集線器，並通過它到RAM，繞過CPU。當寫入完成（或錯誤輸出）時，中斷觸發。發生這種情況時，您等待（當進程休眠時，內核運行其他進程）。數百萬的CPU週期後（10毫秒是2Ghz芯片的永久性），中斷觸發。通知操作系統讀取已完成。操作系統可以在RAM中看到數據。然後它將其複製到用戶進程內存中，或者它位於共享頁面中，並且用戶進程可以從那裏讀取它。用戶進程被恢復（當然，放在準備運行的隊列中，並最終在調度器感覺到時運行）。

通過將數據複製到DMA空間和傳輸命令「完成後從DMA區域中的數據寫入扇區號X磁盤和火災中斷」寫入工作。然後，磁盤可能會在完成寫入操作或從RAM讀取數據後立即觸發中斷，在這種情況下，fsync不會真正起作用，並且數據庫和文件系統會因電源故障而損壞。

OS塊緩存適用於整個4KB RAM的頁面，所以每次讀取8個扇區，但這個想法是一樣的。新磁盤有一個本地API，與4KB sectors一起使用，但這個想法是一樣的。 USB與PCI不同，但這個想法是相同的。各種高性能硬件都具有巧妙的API，可以加快這些速度，同時有多個事務處理以及對它們的排序進行各種控制。

卸載TCP/IP的網絡接口可能有圍繞數據包的API而不是以太網幀，因爲NIC理解TCP/IP標頭。

確實是網絡設備的塊設備隱藏翻譯的某處（硬件部分，固件部分，軟件部分）。

在Linux中，我的硬件，我覺得是這樣的：

當模塊sata_piix is loaded，它告訴設備的PCI設備ID支持和callsbacks操作系統應該使用的操作系統，在所有described結構。通用OS PCI拓撲代碼發現ID爲8086：27c0，ICH7的設備，並在driver's table中找到它，因此操作系統認爲這是該硬件的正確驅動程序。在該表中，驅動程序會發現它應該在稍後將此設備視爲an ICH6 SATA device。由於驅動程序聲稱它支持該設備，因此該驅動程序的設備爲OS registers。

從那裏分配設備的控制區域和prepared。 DMA is set up。 （這允許控制器自己啓動PCI數據傳輸到RAM（當它有數據準備好時），而不是等待CPU啓動傳輸）。中斷處理程序are set up。

的代碼是通用的，並支持硬件的許多代，按時間順序排列：

1. PIO
2. Single/Multi-word DMA
3. UDMA
4. SATA
5. AHCI

所以很難閱讀。跟蹤會使它更容易。

Answer 2

這取決於很多東西。我對ARM的瞭解不多，但我會想象有一些outportb指令可以讓你通過總線發送數據。與I/O設備通信是供應商特定的，但通常內核可能會對設備的寄存器進行映射（在GPU幀緩衝區的情況下），或者只是通過I/O設備可以識別的總線發送請求（通常是設備特定的） 。並且請求通常只是包含起始扇區，長度和告訴總線I/O轉移到的地址的序列化結構信息。

如果你想在內核（Linux的例子）已經有創建的I/O結構，並提交到特定的設備，所以你不需要做自己的功能做這種事情。如果你正在編寫你自己的操作系統，我會建議看一看Linux源代碼，其中有許多體系結構的彙編級別的例子。