Linux内核struct bio中块设备扇区与内存页的映射问题

我正在Ubuntu 20.04（内核版本5.4.0）上开发自定义设备映射器，需将读取的数据缓存到内核空间内存缓冲区，以扇区粒度为后续读请求提供服务（类似页缓存）。为此，需要建立sector_t（块设备扇区号）与数据的映射关系。已知相关信息可从linux/blk_types.h中定义的struct bio获取，其中sector_t bi_sector指定块设备上的读取位置，数据会被读入struct bio_vec *bi_io_vec，但不清楚数据的哪部分对应哪个扇区，现验证以下猜想：

• 猜想1：struct bio仅含一个bi_sector，但单个bio的读取大小可超过512B（扇区大小），是否bi_sector是连续待读扇区的起始编号？
  答案：是的，bi_sector就是当前bio请求对应块设备上的起始扇区号。内核中bio请求的扇区都是连续的，一个bio对应一段连续的块设备地址空间，总长度由bio_sectors(bio)计算得出（返回扇区数量），后续扇区依次为bi_sector + 1、bi_sector + 2……直到覆盖整个bio的长度。

• 猜想2：读取的数据在bi_io_vec中是否为线性映射？例如读取4KB数据，bi_io_vec含两个struct bio_vec段，数据是否按顺序存储在(bi_io_vec[0].bv_page + bi_io_vec[0].bv_offset, bi_io_vec[0].bv_page + bi_io_vec[0].bv_offset + bi_io_vec[0].bv_len)和(bi_io_vec[1].bv_page + bi_io_vec[1].bv_offset, bi_io_vec[1].bv_page + bi_io_vec[1].bv_offset + bi_io_vec[1].bv_len)内存区域？
  答案：完全正确。bi_io_vec中的各个段按逻辑顺序排列，对应bio请求数据的线性偏移。第一个bio_vec对应起始的一段数据，第二个接着第一段的末尾，以此类推。遍历bio_vec并依次拷贝每个段的数据，就能得到连续的、对应扇区顺序的数据。

• 猜想3：从bio中读取数据时，使用char *bio_data(struct bio *bio)是否不安全？是否需要遍历每个bio_vec来收集数据？
  答案：bio_data()仅在bio的所有数据都位于一个连续内存块时有效，如果bio是分散-聚合（scatter-gather）类型（包含多个bio_vec段），bio_data()返回的指针不可靠，甚至会引发内核崩溃。因此在你的场景中，必须遍历每个bio_vec，通过kmap()/kunmap()（或page_address()，针对非高端内存页）获取每个页的地址，再结合bv_offset和bv_len读取对应数据。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者linkfire