Linux SCSI 子系统 II

434  Jiang XIAO  
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在SubSySScSi – PreFAce一文中已经讨论了硬件原理，并给出了下图的Scsi与内核关系的关系，本文主要讨论SCSI子系统的关键角色-关键的类与关键的对象。
内核支持的总线众多，每一种总线上挂载的设备又多种多样，涉及的核心类与对象千差万别，但总的来说，根据bus-device-driver模型，在一个总线子系统中，其核心类与对象大体可以分为以下6类：

  1. 对总线的抽象->struct bus_type scsi_bus_type
  2. 对总线控制器的抽象->struct scsi_host_template, struct Scsi_Host
  3. 对总线控制器驱动的抽象->None
  4. 对总线设备的抽象->struct scsi_target, struct scsi_device, struct scsi_disk
  5. 对总线设备驱动的抽象->struct scsi_driver
  6. 对命令的抽象->struct scsi_cmnd

他们之间的关系可以用下图简要表示：

核心的对象有：scsi_bus_type, sdev_class, shost_class, sd_disk_class。，这些对象在内核初始化SCSI子系统时候即创建好，包括总线级的实例scsi_bus_type以及为各种SCSI对象准备的class，它们负责将后续注册到内核的SCSI相关对象通过sysfs融入内核设备驱动框架中，进而被用户使用，个中关系可以用下图简要表示。

scsi_bus_type

scsi_bus_type，封装了SCSI总线级的共性资源，比如总线名、匹配函数等等。一如所有的bus_type实例，通过其上的设备链表与驱动链表，管理着SCSI总线中的”设备”及其”驱动”，有意思的是，在SCSI子系统中，不论是Scsi_Host实例、还是scsi_target实例抑或scsi_device实例，都被看作”设备”被挂接到scsi_bus_type的”设备链表”中，虽然只有scsi_device实例在”驱动链表”有其对应的驱动。

474 struct bus_type scsi_bus_type = {
475         .name           = "scsi",
476         .match          = scsi_bus_match,
477         .uevent         = scsi_bus_uevent,
478 #ifdef CONFIG_PM                               
479         .pm             = &scsi_bus_pm_ops,
480 #endif
481 };

这里很少的域被初始化了，scsi_bus_match()提供总线匹配方法，按照match的约定，可以匹配成功时返回非0，失败返回0，其实质只有下面一句，可见SCSI设备对象与SCSI驱动的匹配不依靠name，id等机制，只要设备可用且没有被其他驱动匹配，即可被当前调用的驱动匹配。

scsi_bus_match()
    return (sdp->inq_periph_qual == SCSI_INQ_PQ_CON)? 1: 0;

SCSI子系统在首先通过适配器发送INQUARY命令探测总线上的设备，设备如果可用即以SCSI_INQ_PQ_CON应答之，SCSI子系统即在其设备对象中将该应答存入scsi_device->inq_periph_qual域，总线即根据响应是否为SCSI_INQ_PQ_CON来决定匹配结果。
此外，注意到，这里并没有初始化probe，即是说，SCSI子系统不提供总线级的初始化，而当”驱动”或”设备”注册到内核的时候，一旦匹配，最终都会调用really_probe，其逻辑整理如下:

really_probe(struct device* dev, struct device_driver* drv)
    dev->driver = drv
    driver_sysfs_add(dev)
    dev->pm_domain->activate(dev)
    if dev->bus->probe
        dev->bus->probe(dev)
    else if drv->probe
        drv->probe(dev)
    driver_bound(dev):add dev to driver's device list
    return

即是说，如果没有总线级的初始化，really_probe()就会执行driver中的probe。
shost_class/sdev_class/sdisk_class
这个class是内核用来组织SCSI总线下的资源的，shost用于组织sysfs中的scsi_host对象，sdev_class用于组织内核中的scsi_device对象，sdisk_class用于组织内核中的scsi_disk对象。

scsi_host_template, Scsi_Host。

一个SCSI适配器在内核中的抽象由两个类互相协作完成:scsi_host_template和Scsi_Host。
scsi_host_template
内核DD框架生动的体现了内核OOP的设计，比如bus_type类封装了”总线级”的共性资源，Scsi_Host封装了”适配器级”的共性资源，比如收发消息的方法、硬件规格等。对于大部分总线，这两层封装已经足够，对于多通过板卡接入系统的SCSI适配器，往往在中间还有一层共性特点：位于同一张板卡上的SCSI适配器相同，也就具有很多共性特征。而有共性即可抽象，内核将这部分共性抽象出来，封装到scsi_host_template中。在构造scsi_host的时候，只需要根据scsi_host_template中共性的部分以及自己特性的部分”刻印”出一个scsi_host对象即可。以PCIe RAID卡为例，作为PCIe设备，RAID卡的驱动就会首先为这些SCSI适配器构造一个共同的scsi_host_template对象，再为每个SCSI适配器构造相应的Scsi_Host对象，省时省力。

scsi_host_template域中，最重要的当属queuecommand域，queuecommand()是SCSI子系统LLDD的上边界，HLDD准备好SCSI命令的封装之后，通过中间层的接口发送命令，而中间层最终就是通过queuecommand将命令传递到LLDD，由它将SCSI命令由”封装”转变为底层操作下发到SCSI设备，比如，在PCIe RAID卡中，queuecommand()最终转换为对PCIe空间的写，RAID卡固件识别到这些数据后，从中取出SCSI命令的部分，下发到位于其上的SCSI适配器芯片中。

scsi_host
scsi_host描述了一个SCSI主机适配器，对应到主板上就是SCSI控制器芯片。添加到一个SCSI主机适配器到内核，实质就是构造一个scsi_host实例并注册到内核。scsi_host包含两部分，一部分供SCSI中间层使用，另一部分供SCSI低层驱动专用，两部分一同分配，在分配好scsi_host后，将它添加到系统中，启动总线探测过程。SCSI适配器可以看作一个SCSI总线的”根”，负责系统与其上总线设备的通信，而Scsi_Host作为适配器的抽象，自然需要管理其上的所有设备的相应的抽象(scsi_target，scsi_device)，它们之间的关系可以用下图表示：

  1. 探测到的TARGET通过scsi_target->siblings链入scsi_host->_target链表;
  2. 探测到的LUN设置scsi_device->host指向该scsi_host，并通过scsi_device->siblings链入scsi_host->_devices链表，同时，通过scsi_device->same_target_siblings链入scsi_target->devices链表。

此外，scsi_host，scsi_target和scsi_device均使用hostdata指向供低层驱动使用的资源。

scsi_disk

在一个SCSI总线下说”设备”，可以有两种设备：target和lu，在LLDD中，就使用scsi_target和scsi_device作为target和lun的抽象。而对应于SCSI总线使用的< Initiator:Channel:Target:LUN >来标识一个逻辑设备，内核使用scsi_device中的< host:channel:id:lun >四个域来唯一标识一个scsi_device对象。

按照SCSI协议的方式标识了一个LUN往往还不够，内核还需要在更”高”的层次上标识一个LUN，比如这个LUN的功能，对于最常见的SCSI设备–SCSI磁盘，内核使用scsi_disk来抽象，其上承gendisk实例，下启scsi_device和scsi_driver，可以说，三者之中，只要知其一，便可找到另外两个，

scsi_driver

在不同的物理环境下，SCSI总线适配器的驱动的组织多有不同(甚至不需要驱动，仅把相应的资源和方法封装在设备对象中即可，因为无需用户使用适配器)，此处仅讨论SCSI设备驱动，其定义如下，SCSI子系统HLDD中的诸多驱动均是该类的实例，比如sd驱动中的sd_template(sd.c)，sr驱动中的sr_template(sr.c)，st驱动中的st_template(st.c)等

//include/scsi/scsi_driver.h
 11 struct scsi_driver {                                   
 12         struct device_driver    gendrv;
 14         void (*rescan)(struct device *);
 15         int (*init_command)(struct scsi_cmnd *);
 16         void (*uninit_command)(struct scsi_cmnd *);
 17         int (*done)(struct scsi_cmnd *);
 18         int (*eh_action)(struct scsi_cmnd *, int);
 19 };

–12–>如所有其他的驱动对象，scsi_driver中内嵌了device_driver类，如前文所述，驱动与设备一旦匹配，即回调其中的probe()
–14–>重现探测的回调方法
–15–>初始化SCSI命令回调的方法
–17–>SCSI命令执行完毕时回调的方法
–18–SCSI命令执行出错时回调的错误处理方法

驱动和设备一旦匹配，即构造scsi_disk对象到内核

scsi_cmnd

在i2c总线子系统中，这种抽象由i2c_msg提供，而在SCSI总线子系统中，这种抽象由scsi_cmnd提供。scsi_cmnd发于SCSI子系统中间层，传到SCSI低层。传递到SCSI子系统的每个IO请求都会被转换为一个scsi_cmnd对象，而一个scsi_cmnd最终又会被转换为一个SCSI命令。除了SCSI CDB本身之外，scsi_cmnd还封装了与之相关的上下文信息，比如数据缓冲区，完成回调函数以及关联的块设备请求(request)等。

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