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c-‘scatterlist’在linux中如何工作?

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c-‘scatterlist’在Linux中如何工作？

scatterlist是Linux内核中的一个数据结构，用于描述分散/聚集I/O（scatter/gather I/O）操作中的数据缓冲区。本攻略将介绍scatterlist的基概念和使用方法。

scatterlist的基本概念

在分散/聚集I/O操作中，数据通常存储在多个不续的缓冲区中。例如，当从磁盘读取文件时，文件的数据可能存储在多个磁盘块中。为了避免将这些数据复制到单个连续的缓冲区中，Linux内核使用scatterlist数据结构来描述这些不连续的缓冲区。

scatterlist数据结构定义在<linux/scatterlist.h>头文件中，其定义如下：

struct scatterlist {
    unsigned long   page_link;
    unsigned int    offset;
    unsigned int    length;
    dma_addr_t      dma_address;
};

其中，page_link表示指向下一个scatterlist的指针，offset表示缓冲区在页面中的偏移量，length表示缓冲区的长度，dma_address表示缓冲区的物理地址。

scatterlist的使用方法

以下是使用scatterlist进行分散/聚集I/O操作的示例：

#include <linux/scatterlist.h>

void my_scatter_gather_io(void *data, size_t size)
{
    struct scatterlist sg[2];
    char *buf1 = kmalloc(size/2, GFP_KERNEL);
    char *buf2 = kmalloc(size/2, GFP_KERNEL);
    unsigned int len1 = size/2;
    unsigned int len2 = size - len1;
    unsigned int offset = 0;
    int i = 0;

    // 将数据分散到两个缓冲区中
    sg_init_table(sg, 2);
    sg_set_buf(&sg[0], buf1, len1);
    sg_set_buf(&sg[1], buf2, len2);

    // 从缓冲区中聚集数据
    for_each_sg(sg, i, 2, offset) {
        memcpy(data + offset, sg_virt(&sg[i]), sg[i].length);
        offset += sg[i].length;
    }

    kfree(buf1);
    kfree(buf2);
}

在上述示例中，my_scatter_gather_io()函数用于进行分散/聚集I/O操作。首先，我们将数据分散到两个缓冲中，然后从缓冲区中聚集数据。在分散数据时，我们使用sg_init_table()函数初始化scatterlist数组，并使用sg_set_buf()函数将缓冲区与scatterlist关联。在聚集数据时，我们使用for_each_sg()函数遍历scatterlist数组，并使用memcpy()函数将数据从缓冲区中复制到目标缓冲区中。

示例1：使用scatterlist进行DMA操作

以下是使用scatterlist进行DMA操作的示例：

#include <linux/dma-mapping.h>
#include <linux/scatterlist.h>

void my_dma_transfer(struct device *dev, void *data, size_t size)
{
    struct scatterlist sg[2];
    dma_addr_t dma_addr1, dma_addr2;
    char *buf1 = kmalloc(size/2, GFP_KERNEL);
    char *buf2 = kmalloc(size/2, GFP_KERNEL);
    unsigned int len1 = size/2;
    unsigned int len2 = size - len1;
    unsigned int offset = 0;
    int i = 0;

    // 将数据分散到两个缓冲区中
    sg_init_table(sg, 2);
    sg_set_buf(&sg[0], buf1, len1);
    sg_set_buf(&sg[1], buf2, len2);

    // 映射缓冲区到DMA地址
    dma_addr1 = dma_map_single(dev, buf1, len1, DMA_TO_DEVICE);
    dma_addr2 = dma_map_single(dev, buf2, len2, DMA_TO_DEVICE);
    sg_dma_address(&sg[0]) = dma_addr1;
    sg_dma_address(&sg[1]) = dma_addr2;

    // 执行DMA传输
    dma_sync_sg_for_device(dev, sg, 2, DMA_TO_DEVICE);
    // ...

    // 解除DMA地址映射
    dma_unmap_single(dev, dma_addr1, len1, DMA_TO_DEVICE);
    dma_unmap_single(dev, dma_addr2, len2, DMA_TO_DEVICE);

    kfree(buf1);
    kfree(buf2);
}

在上述示例中，my_dma_transfer()函数用于进行DMA操作。首先，我们将数据分散到两个缓冲中，并使用dma_map_single()函数将缓冲区映射到DMA地址。然后，我们使用sg_dma_address()函数将scatterlist中的DMA地址设置为映射后的地址。在执行DMA传输之前，我们使用dma_sync_sg_for_device()函数同步scatterlist中的缓冲区和DMA地址。在DMA传输完成后，我们使用dma_unmap_single()函数解除DMA地址映射。

示例2：使用scatterlist进行加密操作

以下是使用scatterlist进行加密操作的示例：

#include <crypto/scatterwalk.h>

void my_crypto_encrypt(struct crypto_cipher *tfm, void *data, size_t size)
{
    struct scatterlist sg[2];
    char *buf1 = kmalloc(size/2, GFP_KERNEL);
    char *buf2 = kmalloc(size/2, GFP_KERNEL);
    unsigned int len1 = size/2;
    unsigned int len2 = size - len1;
    unsigned int offset = 0;
    int i = 0;

    // 将数据分散到两个缓冲区中
    sg_init_table(sg, 2);
    sg_set_buf(&sg[0], buf1, len1);
    sg_set_buf(&sg[1], buf2, len2);

    // 执行加密操作
    scatterwalk_map_and_copy(data, sg, 0, size, 0);
    crypto_cipher_encrypt(tfm, sg_virt(&sg[0]), len1);
    crypto_cipher_encrypt(tfm, sg_virt(&sg[1]), len2);
    scatterwalk_map_and_copy(data, sg, 0, size, 1);

    kfree(buf1);
    kfree(buf2);
}

在上述示例中，my_crypto_encrypt()函数用于进行加密操作。首先，我们将数据分散到两个缓冲中，并使用scatterwalk_map_and_copy()函数将数据从目标缓冲区复制到scatterlist中的缓冲区中。然后，我们使用crypto_cipher_encrypt()函数对scatterlist中的缓冲区进行加密操作。在加密操作完成后，我们使用scatterwalk_map_and_copy()函数将加密后的数据从scatterlist中的缓冲区复制到目标缓冲区中。

结论

在本攻略，我们介绍了scatterlist的基本概念和使用方法。scatterlist是Linux内核中的一个数据结构，用于描述分散/聚集I/O操作中的数据缓冲区。如果您需要在Linux内核中进行分散/聚集I/O操作、DMA操作或加密操作，可以考虑使用scatterlist数据结构。

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