Linux那些事儿之我是U盘

### Linux 2.6 Kernel USB Mass Storage Driver 源代码分析 #### 引言 《Linux那些事儿之我是U盘》这篇文章围绕着作者对Linux 2.6内核USB存储设备驱动的学习经历展开，不仅涉及到了技术细节，还融入了许多个人情感与生活感悟。本文将重点总结并解释该文中的关键技术点，包括USB存储设备驱动的工作原理、关键数据结构以及与SCSI层的交互等。 #### 关键技术点概述 **1. 总线、设备和驱动** 在Linux内核中，总线（bus）、设备（device）和驱动（driver）的概念至关重要。总线是一种逻辑抽象，它描述了一组设备如何连接到系统上。设备是指硬件本身，而驱动则是软件层面的实现，用于处理特定硬件的操作。对于USB设备而言，这些概念同样适用。 **2. USB协议** USB（Universal Serial Bus）是一种用于连接计算机和其他设备的标准接口。USB协议定义了一系列规则，这些规则确保不同制造商的设备能够通过标准接口进行通信。USB协议规定了设备与主机之间数据传输的方式，并且定义了不同的传输类型，如控制传输（Control Transfer）、中断传输（Interrupt Transfer）、批量传输（Bulk Transfer）等。 **3. URB（USB Request Block）** URB是USB设备驱动中非常重要的一个数据结构，用于封装所有的USB传输请求。它包含了传输的方向、端点、缓冲区地址、数据长度等信息。URB由内核创建，并被提交到USB子系统进行处理。完成处理后，URB会返回到驱动程序，告知其传输状态。 **4. 控制传输** 控制传输是USB协议中的一种传输类型，主要用于设备初始化阶段或设备配置阶段。控制传输通常包含设置设备配置、获取设备描述符等操作。在USB设备驱动中，控制传输常用于与设备建立连接时发送必要的控制命令。 **5. SCSI层** 虽然USB设备和SCSI（Small Computer System Interface）设备在物理接口上完全不同，但为了方便管理和提高兼容性，Linux内核使用了SCSI层作为统一的接口来处理各种块设备。这意味着USB存储设备的驱动需要将底层的USB操作转化为SCSI命令，从而利用SCSI层提供的功能。 **6. SCSI命令** SCSI命令集定义了一系列标准的存储设备操作指令，如读取、写入等。USB存储设备驱动需要将底层的USB操作转换为相应的SCSI命令，然后通过SCSI层发送给实际的存储设备。 **7. BULK传输** 批量传输（Bulk Transfer）是USB协议中用于高效传输大量数据的主要方式。与控制传输相比，批量传输更加注重效率，适用于数据传输量较大的场景。在USB存储设备驱动中，大量的数据读写都是通过批量传输来完成的。 **8. 关键数据结构** - **struct usb_device**：表示USB设备。 - **struct usb_driver**：描述USB驱动程序。 - **struct urb**：封装USB请求。 - **struct scsi_device**：表示SCSI设备。 - **struct scsi_host**：描述SCSI主机控制器。 - **struct scsi_cmnd**：表示SCSI命令。 #### 技术细节探讨 **1. 设备识别** 在USB存储设备接入系统后，内核会自动识别设备并加载相应的驱动。这个过程涉及到设备描述符的解析，从而确定设备类型。对于USB存储设备而言，设备描述符中的bDeviceClass字段通常会被设置为0x08（Mass Storage Class）。 **2. URB的使用** URB在USB设备驱动中扮演着重要角色。当驱动程序需要发起数据传输时，会创建一个URB实例，并填充相关信息。例如，在进行批量数据传输时，URB中会指定传输方向、端点地址、缓冲区地址及大小等。URB创建完成后，会被提交给USB子系统，由后者负责实际的数据传输。 **3. SCSI命令映射** USB存储设备驱动需要将底层的USB操作转化为SCSI命令。例如，当需要读取数据时，驱动程序会通过批量传输从USB设备读取数据，然后将其封装为SCSI读命令，并通过SCSI层发送给存储设备。这种方式的好处在于，上层的应用程序无需关心底层的具体实现细节，只需要按照SCSI协议与设备交互即可。 **4. 数据结构设计** 在编写USB存储设备驱动时，合理地设计数据结构是非常重要的。例如，使用链表来管理URB实例可以有效地跟踪正在进行中的数据传输任务。此外，对于频繁访问的数据，使用原子操作来保证多任务环境下的数据一致性也是非常必要的。 #### 结论 通过对《Linux那些事儿之我是U盘》一文中提及的技术要点进行总结，我们可以看到，USB存储设备驱动的设计与实现是一个复杂的过程，涉及到多个层次的交互。从USB协议的理解到具体的驱动开发，都需要开发者具备扎实的基础知识和实践经验。同时，通过深入理解USB存储设备驱动的工作原理，可以帮助我们更好地理解现代操作系统中设备管理的核心机制。