linux設(shè)備中virtio組織關(guān)系及設(shè)備初始化調(diào)用流程

我們看linux kernel中virtio驅(qū)動相關(guān)代碼，會發(fā)現(xiàn)有很多相關(guān)文件。首先有virtio.c這種文件，其次還有virtio_pci.c，virtio_scsi.c等這些文件，還有virtio_net.c，virtio_blk.c，virtio_balloon.c等這些。那么這些文件是什么關(guān)系呢？其次里面很多還有各自probe函數(shù)，到底是如何調(diào)用的，例如以網(wǎng)絡(luò)的virtio_net到底是從哪里開始初始化的？要理清這些關(guān)系需要以linux設(shè)備驅(qū)動模型為背景展開討論。這篇文章，我們以linux kernel 3.10代碼為例，分析一下virtio的相關(guān)組織關(guān)系，以及設(shè)備初始化調(diào)用流程。

總線及驅(qū)動的注冊

linux設(shè)備驅(qū)動模型的核心有三個概念：設(shè)備(device)，驅(qū)動(driver)，總線(bus)。而如果我們把virtio的相關(guān)關(guān)系梳理清楚后，以網(wǎng)絡(luò)virtio_net為例映射到設(shè)備驅(qū)動模型，就得到了下圖。我們這個小節(jié)后面就以下圖為背景展開。

圖1

linux將virtio實現(xiàn)分離成兩部分：和物理總線標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的（如pci，scsi等），和物理總線標(biāo)準(zhǔn)無關(guān)的。

圖中左側(cè)部分即和物理總線相關(guān)的實現(xiàn)，這里以pci為了，當(dāng)然virtio也支持其他總線類型，如scsi。virtio-pci是virtio對應(yīng)pci的驅(qū)動實現(xiàn)，所以virtio-pci是一個pci總線上的一個驅(qū)動。它通過如下方式注冊到pci總線上去。

lvirtio總線的注冊

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/*virtio.c*/

static struct bus_type virtio_bus={

.name="virtio",

.match=virtio_dev_match,

.dev_attrs=virtio_dev_attrs,

.uevent=virtio_uevent,

.probe=virtio_dev_probe,

.remove=virtio_dev_remove,

};

staticintvirtio_init(void)

{

if(bus_register(&virtio_bus)!=0)

panic("virtio bus registration failed");

return 0;

}

core_initcall(virtio_init);

如代碼所示，這個總線的名字叫”virtio”，通過bus_register就將virtio總線注冊進(jìn)系統(tǒng)，可以在sys文件系統(tǒng)中查看。

lvirtio-net驅(qū)動注冊

最后我們看我們經(jīng)常接觸到設(shè)備驅(qū)動的初始化，我們以網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動virtio_net為例，其對應(yīng)的驅(qū)動為virtio-net。其注冊過程如下。

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/*virtio-net.c*/

static struct virtio_device_id id_table[]={

{VIRTIO_ID_NET,VIRTIO_DEV_ANY_ID},

{0},

};

static struct virtio_driver virtio_net_driver={

.feature_table=features,

.feature_table_size=ARRAY_SIZE(features),

.driver.name=KBUILD_MODNAME,

.driver.owner=THIS_MODULE,

.id_table=id_table,

.probe=virtnet_probe,

.remove=virtnet_remove,

.config_changed=virtnet_config_changed,

#ifdef CONFIG_PM

.freeze=virtnet_freeze,

.restore=virtnet_restore,

#endif

};

module_virtio_driver(virtio_net_driver);

#define module_virtio_driver(__virtio_driver)\

module_driver(__virtio_driver,register_virtio_driver,\

unregister_virtio_driver)

intregister_virtio_driver(struct virtio_driver*driver)

{

/*Catch this early.*/

BUG_ON(driver->feature_table_size&&!driver->feature_table);

driver->driver.bus=&virtio_bus;

return driver_register(&driver->driver);

}

最終通過register_virtio_driver函數(shù)將驅(qū)動的bus設(shè)置為之前注冊的virtio總線，完成總線的注冊。這樣我們就能在sys文件系統(tǒng)對應(yīng)virtio總線下的drivers目錄看到這個驅(qū)動了。

所以我們再回頭來看圖1，可以看到virtio設(shè)備是橫跨兩類總線及驅(qū)動的。

virtio設(shè)備的初始化流程

梳理清楚virtio相關(guān)設(shè)備，總線及驅(qū)動關(guān)系后我們看下virtio設(shè)備的初始化過程，我們還是以網(wǎng)絡(luò)virtio_net設(shè)備為例子。這個初始化過程如下圖2中的黃色部分所示。

圖2

首先是系統(tǒng)啟動kernel初始化階段，pci子系統(tǒng)調(diào)用pci_scan_device發(fā)現(xiàn)pci網(wǎng)卡設(shè)備，并初始化對應(yīng)pci_dev結(jié)構(gòu)，然后將去注冊到pci總線上（dev->dev.bus=&pci_bus_type）。同時設(shè)置device的vendor_id為0x1AF4（virtio的pci vendor_id），device_id為1

然后當(dāng)我們加載virtio-pci驅(qū)動時,當(dāng)調(diào)用module_pci_driver(virtio_pci_driver)將virtio-pci驅(qū)動注冊在pci總線上時，在linux設(shè)備驅(qū)動模型中，這會導(dǎo)致對pci總線設(shè)備鏈表上未被驅(qū)動綁定的每個設(shè)備調(diào)用pci總線的match回調(diào)函數(shù)，即pci_bus_match函數(shù)。原型如下：

static int pci_bus_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)

pci_bus_match函數(shù)將linux設(shè)備驅(qū)動模型核心出入的device結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為pci_dev結(jié)構(gòu)，將device_driver結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為pci_driver結(jié)構(gòu)，之后調(diào)用pci_match_device函數(shù)判斷pci設(shè)備結(jié)構(gòu)是否有匹配的pci設(shè)備ID結(jié)構(gòu)。如果有則判斷設(shè)備的pci ID和驅(qū)動設(shè)置的id_table中是否一樣，如果一樣說明設(shè)備和驅(qū)動匹配（這里設(shè)備的vendor_id和virtio-pci的virtio_pci_id_table匹配），將struct device的driver指針指向驅(qū)動，然后調(diào)用pci總線的probe函數(shù)，即pci_deivce_probe函數(shù)。這個函數(shù)再次將struct device強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成struct pci_dev，將設(shè)置在設(shè)備中的driver結(jié)構(gòu)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為struct pci_derver。它再次校驗這個驅(qū)動能否支持這個設(shè)備，遞增設(shè)備的引用計數(shù)，然后調(diào)用pci驅(qū)動probe函數(shù)(即virtio-pci的probe函數(shù)virtio_pci_probe)，傳入它應(yīng)該綁定到的struct pci_dev結(jié)構(gòu)體指針。這就進(jìn)入到了圖2中黃色部分的函數(shù)調(diào)用鏈了。

在開始梳理virtio_net初始化調(diào)用鏈前我們先看其對應(yīng)的結(jié)構(gòu)struct virtio_pci_device，將其展開得到圖3。

圖3

我們看到virtio_pci_device可以分為兩部分，一部分是和pci總線相關(guān)的設(shè)備對應(yīng)struct pci_dev，另一部分是和virtio總線相關(guān)的設(shè)備對應(yīng)structvirtio_device。

virtio_pci_probe函數(shù)主要負(fù)責(zé)完成pci_dev部分的初始化，已經(jīng)virtio_device部分初始化，然后調(diào)用register_virtio_device函數(shù)。

register_virtio_device函數(shù)將virtio_device的設(shè)備總線設(shè)置為virtio總線，然后調(diào)用device_register將virtio_device對應(yīng)的設(shè)備添加到virtio總線上。這個添加總線的動作，會觸發(fā)virtio總線的match函數(shù)即virtio_dev_match調(diào)用，同樣該函數(shù)會比較設(shè)備dev的pci id和驅(qū)動id (virtio net的devid為1)，如果匹配則virtio bus的probe函數(shù)virtio_dev_probe將被調(diào)用。其中又會調(diào)用對應(yīng)驅(qū)動的probe函數(shù)，即virtnet_probe。而virtnet_probe將會完成virtio net設(shè)備structvirtio_device剩余部分的初始化。

到此，virtio net的初始化流程就已經(jīng)梳理清楚了。virtio net設(shè)備創(chuàng)建完成后也會分別出現(xiàn)在pci總線和virtio總線的drvices目錄下。

最后附上virtio的其他類型設(shè)備id：

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#define VIRTIO_ID_NET1/*virtio net*/

#define VIRTIO_ID_BLOCK2/*virtio block*/

#define VIRTIO_ID_CONSOLE3/*virtio console*/

#define VIRTIO_ID_RNG4/*virtio rng*/

#define VIRTIO_ID_BALLOON5/*virtio balloon*/

#define VIRTIO_ID_RPMSG7/*virtio remote processor messaging*/

#define VIRTIO_ID_SCSI8/*virtio scsi*/

#define VIRTIO_ID_9P9/*9p virtio console*/

#define VIRTIO_ID_RPROC_SERIAL 11/*virtio remoteproc seriallink*/

#define VIRTIO_ID_CAIF 12/*Virtio caif*/