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Virtio-blk浅析

和virtio-network一样，virtio-blk驱动使用Virtio机制为Guest提供了一个高性能的块设备I/O的方法。我们这里看下virtio-blk的实现。

Linux中的块设备

在介绍virtio-blk之前，先科普下Linux内核中的块设备整体架构。

基本概念

Linux操作系统有三类主要的设备文件：

1.字符设备：以字节为单位进行顺序I/O操作的设备；

2.块设备：以块单位接收输入返回，对于I/O请求有对应的缓冲区，可以随机访问，块设备的访问位置必须能够在介质的不同区间前后移动。在块设备中，最小的可寻址单元是扇区，扇区的大小一般是2的整数倍，常见的大小为512个字节；

3.网络设备：提供网络数据通信服务。

这里主题讨论块设备。

1.扇区(Sectors)：任何块设备硬件对数据处理的基本单位。通常，1个扇区的大小为512byte。

2.块(Blocks)：由Linux制定对内核或文件系统等数据处理的基本单位。通常，1个块由1个或多个扇区组成。

整体架构

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相关说明：

1.通用块层(Generic Block Layer)负责维持一个I/O请求在上层文件系统与底层物理磁盘之间的关系。在通用块层中，通常用一个bio结构体来对应一个I/O请求。

2.驱动对块设备的输入或输出(I/O)操作，都会向块设备发出一个请求，在驱动中用request结构体描述。但对于一些磁盘设备而言请求的速度很慢，这时候内核就提供一种队列的机制把这些I/O请求添加到队列中(即：请求队列)，在驱动中用request_queue结构体描述。

3.I/O调度层(I/O Scheduler Layer)的作用:在向块设备提交这些请求前内核会先执行请求的合并和排序预操作，以提高访问的效率，然后再由内核中的I/O调度程序子系统来负责提交 I/O 请求， 调度程序将磁盘资源分配给系统中所有挂起的块I/O请求，其工作是管理块设备的请求队列，决定队列中的请求的排列顺序以及什么时候派发请求到设备。

4.对于每一个独立的磁盘设备或者分区，Linux提供一个gendisk数据结构体，用于对底层物理磁盘进行访问。在gendisk中有一个硬件操作结构指针，为block_device_operations结构体。

当多个请求