循环块设备过滤器

在本章节中，我们将探索如何创建一个循环块设备过滤器，该过滤器可以包装一个已有的块设备（如 ram0），拦截其 read 请求并打印调试信息。这是一个高级主题，涉及Linux内核块设备驱动的深入知识。

什么是循环块设备过滤器？

循环块设备过滤器是一种内核模块，它位于现有块设备之上，拦截所有对该设备的I/O请求。这种过滤器可以用于多种目的，包括调试、性能监控、数据加密或压缩。

用户空间 VFS层 块设备层 过滤器驱动

关键概念

概念 描述
块设备 以固定大小块为单位进行数据存取的设备，如硬盘、RAM磁盘等。
设备包装 创建一个新的虚拟设备，将I/O请求转发到底层实际设备。
请求拦截 在请求到达实际设备之前，先经过过滤器处理。
调试信息 记录I/O操作的详细信息，如时间戳、操作类型、数据大小等。

实现步骤

  1. 初始化模块: 注册块设备驱动，并设置必要的操作函数。
  2. 包装现有设备: 打开目标块设备（如 ram0），并创建一个新的虚拟设备。
  3. 拦截请求: 重写 make_request_fn 函数，以拦截read/write请求。
  4. 打印调试信息: 在拦截函数中，打印请求的详细信息到内核日志。
  5. 转发请求: 将请求转发到底层实际设备进行处理。
  6. 清理资源: 在模块卸载时，释放所有分配的资源。

示例代码

以下是一个简单的示例代码，展示了如何创建一个循环块设备过滤器：

#include <linux/module.h>
#include <linux/blkdev.h>
#include <linux/genhd.h>

static struct block_device *target_bdev;
static struct request_queue *filter_queue;

static void filter_make_request(struct request_queue *q, struct bio *bio)
{
    /* 打印调试信息 */
    printk(KERN_INFO "Filter: Intercepted %s operation, sector: %llu, size: %u\n",
           bio_data_dir(bio) == READ ? "read" : "write",
           (unsigned long long)bio->bi_iter.bi_sector,
           bio->bi_iter.bi_size);

    /* 将请求转发到底层设备 */
    generic_make_request(bio);
}

static int __init filter_init(void)
{
    /* 打开目标设备，例如 /dev/ram0 */
    target_bdev = blkdev_get_by_path("/dev/ram0", FMODE_READ | FMODE_WRITE, THIS_MODULE);
    if (IS_ERR(target_bdev)) {
        printk(KERN_ERR "Filter: Failed to open target device\n");
        return PTR_ERR(target_bdev);
    }

    /* 创建请求队列 */
    filter_queue = blk_alloc_queue(GFP_KERNEL);
    if (!filter_queue) {
        printk(KERN_ERR "Filter: Failed to allocate queue\n");
        blkdev_put(target_bdev, FMODE_READ | FMODE_WRITE);
        return -ENOMEM;
    }

    /* 设置自定义的make_request函数 */
    blk_queue_make_request(filter_queue, filter_make_request);

    /* 其他初始化代码... */
    printk(KERN_INFO "Filter: Module loaded successfully\n");
    return 0;
}

static void __exit filter_exit(void)
{
    /* 清理资源 */
    if (filter_queue)
        blk_cleanup_queue(filter_queue);
    if (target_bdev)
        blkdev_put(target_bdev, FMODE_READ | FMODE_WRITE);

    printk(KERN_INFO "Filter: Module unloaded\n");
}

module_init(filter_init);
module_exit(filter_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A loop block device filter");

注意: 这只是一个基础示例。实际应用中，需要处理更多的边界情况和错误处理。

测试方法

要测试这个过滤器，你可以按照以下步骤操作：

嵌入式系统课