3. 请求队列初始化

请求队列（request queue）是块设备驱动与通用块层之间的核心数据通道。在 probe 阶段，驱动必须完成请求队列的初始化，才能接收来自上层的 I/O 请求。Linux 内核提供了两套初始化接口：传统的 blk_init_queue（单队列模式）和现代的 blk_mq_init_queue（多队列 blk-mq 模式）。两者的选择直接影响延迟、并发能力和可扩展性。

3.1 请求队列的数据结构

请求队列在内核中由 struct request_queue 表示，这是一个超过 400 字节的复杂结构体。以下是与初始化延迟最相关的核心字段：

3.2 blk_init_queue：传统单队列接口

blk_init_queue 是 Linux 2.6 时代引入的经典接口，适用于单核或低并发场景。其函数原型如下：

struct request_queue *blk_init_queue(request_fn_proc *rfn, spinlock_t *lock);

调用流程：

1. 分配队列结构：调用 blk_alloc_queue(GFP_KERNEL) 分配 struct request_queue 内存。
2. 设置 make_request_fn：将 rfn 绑定到 q->make_request_fn，驱动通过该函数处理请求。
3. 初始化锁：使用传入的 lock 保护队列操作。
4. 分配请求池：调用 blk_init_rl 初始化请求列表（request list）。
5. 设置默认参数：调用 blk_queue_make_request 设置默认限值和标志。

3.3 blk_mq_init_queue：多队列 blk-mq 接口

blk_mq_init_queue 是 blk-mq 框架的入口，专为多核、高并发、低延迟场景设计。其调用方式需要先准备 struct blk_mq_tag_set：

struct blk_mq_tag_set tag_set = {
    .ops        = &my_mq_ops,
    .nr_hw_queues = num_possible_cpus(),
    .queue_depth  = 256,
    .numa_node    = NUMA_NO_NODE,
    .flags        = BLK_MQ_F_SHOULD_MERGE,
};
blk_mq_alloc_tag_set(&tag_set);
struct request_queue *q = blk_mq_init_queue(&tag_set);

核心差异点：

3.4 请求队列的默认参数

无论使用哪种初始化接口，内核都会为请求队列设置一组默认参数。这些参数直接影响 I/O 调度行为和延迟特征：

3.5 初始化延迟对比数据

以下是在 x86 平台（48 核，NVMe 设备）上实测的初始化延迟数据：

3.6 初始化路径中的延迟优化策略

• 预分配 tag_set：如果驱动支持多个设备，在 probe 之前统一分配 blk_mq_tag_set，避免每个设备重复分配。
• 延迟队列创建：对于非关键路径的设备，使用 blk_mq_alloc_queue + blk_mq_init_allocated_queue 分步初始化，将耗时操作推迟到首次 I/O 之前。
• 减少 nr_hw_queues：在 probe 阶段使用 min(num_possible_cpus(), 4) 作为硬件队列数，后续通过 sysfs 动态扩展。
• 缓存对齐：确保 struct request_queue 和 blk_mq_hw_ctx 分配在 NUMA 节点本地内存，避免跨节点访问延迟。
• 跳过不必要的默认参数设置：内核在 blk_queue_make_request 中会设置大量默认值，如果驱动后续会覆盖，可以提前调用 blk_queue_flag_set 跳过部分初始化。