3. 块设备驱动注册与注销：核心 API 详解

块设备驱动的生命周期管理是驱动开发的基础。本章聚焦于四个核心 API：alloc_disk、add_disk、del_gendisk 和 put_disk。理解它们的职责、调用顺序以及资源管理规则，是构建稳定、高性能块设备驱动的第一步。

3.1 核心 API 功能概览

这四个 API 分别负责块设备对象的创建、注册上线、注销下线以及最后的资源释放。下表总结了它们的关键特征：

3.2 生命周期与状态转换

一个 gendisk 对象从创建到销毁，经历四个明确的状态。下面的 SVG 图展示了这一完整流程：

3.3 典型驱动代码模板

以下代码片段展示了在驱动初始化与卸载函数中，如何正确使用这四个 API：

// 驱动初始化函数
static int __init my_block_driver_init(void)
{
    struct gendisk *disk;
    struct request_queue *q;

    // 1. 分配请求队列
    q = blk_init_queue(my_request_fn, &my_lock);
    if (!q)
        return -ENOMEM;

    // 2. 分配 gendisk，支持 16 个分区
    disk = alloc_disk(16);
    if (!disk) {
        blk_cleanup_queue(q);
        return -ENOMEM;
    }

    // 3. 设置 gendisk 属性
    disk->major = MY_MAJOR;
    disk->first_minor = 0;
    disk->fops = &my_block_ops;
    disk->queue = q;
    sprintf(disk->disk_name, "myblkdev");

    // 4. 设置容量（以扇区为单位）
    set_capacity(disk, MY_SECTOR_COUNT);

    // 5. 注册块设备
    add_disk(disk);

    return 0;
}

// 驱动卸载函数
static void __exit my_block_driver_exit(void)
{
    struct gendisk *disk = my_gendisk; // 假设全局保存

    // 1. 注销块设备，停止 I/O
    del_gendisk(disk);

    // 2. 清理请求队列
    blk_cleanup_queue(disk->queue);

    // 3. 释放 gendisk 引用
    put_disk(disk);
}

3.4 API 使用避坑指南

以下是开发过程中最容易出错的几个场景，以列表形式呈现：

• 分区数量（minors）设置过大： alloc_disk 的 minors 参数决定了分区表的大小。设置过大会浪费内存，设置过小则无法创建足够的分区。通常设置为 16 或 64。
• 忘记设置 disk->queue： 在调用 add_disk 之前，必须将分配好的请求队列指针赋值给 disk->queue，否则内核会访问空指针。
• 重复调用 add_disk： 对同一个 gendisk 对象调用两次 add_disk 会导致内核 panic。每个 gendisk 只能注册一次。
• 在 del_gendisk 之前调用 put_disk： 这会导致 gendisk 对象在注销前被释放，内核访问已释放的内存。正确的顺序是先 del_gendisk，再 put_disk。
• 忽略 del_gendisk 后的同步： del_gendisk 返回后，可能仍有未完成的 I/O 请求。驱动需要确保所有请求都已处理完毕，才能安全释放相关资源。

3.5 资源管理流程对比

为了更清晰地展示正确与错误的资源管理路径，下表对比了两种流程：