Linux内核模块中如何通过struct gendisk读取磁盘指定已知扇区

前置检查 #

• 首先获取磁盘的逻辑块大小，确认访问对齐：
  逻辑块大小通过queue_logical_block_size(gendisk->queue)获取，你要读取的起始扇区偏移、总读取长度必须和该值对齐，否则IO会直接报错。注意内核默认的bi_sector字段以512B为单位，如果你要读取的扇区单位是4K，需要提前做单位转换。

核心实现流程 #

我们以最简单的同步读场景为例（适用于进程上下文，允许阻塞）：

1. 分配IO所需的内存页
   读取到的数据会存在这个页里，单页最大支持4K读取，如果你要读更长的内容可以分配多个页：

   struct page *page = alloc_page(GFP_KERNEL);
   if (!page) {
       // 处理分配失败逻辑
       return -ENOMEM;
   }
   

2. 分配并初始化bio结构体
   bio是内核块IO的核心载体：

   struct bio *bio = bio_alloc(gendisk->queue, 1, GFP_KERNEL);
   if (!bio) {
       __free_page(page);
       return -ENOMEM;
   }
   bio_set_dev(bio, gendisk->bdi->dev);
   // 替换成你要读取的目标扇区号（512B为单位）
   bio->bi_iter.bi_sector = target_sector;
   // 把页挂载到bio上，这里的读取长度按你实际需求填，最大为PAGE_SIZE
   if (!bio_add_page(bio, page, read_len, 0)) {
       bio_put(bio);
       __free_page(page);
       return -EINVAL;
   }
   

3. 提交同步IO请求
   5.10及之后的内核可以直接用submit_bio_wait简化操作，不需要手动写回调：

   int ret = submit_bio_wait(REQ_OP_READ, bio);
   if (ret) {
       // IO执行失败，处理错误
       bio_put(bio);
       __free_page(page);
       return ret;
   }
   

   如果是更老的内核，需要自己定义完成量和end_io回调来等待IO完成，示例回调如下：

   static void bio_read_end_io(struct bio *bio)
   {
       complete(bio->bi_private);
       bio_put(bio);
   }
   // 提交逻辑
   DECLARE_COMPLETION_ONSTACK(bio_done);
   bio->bi_end_io = bio_read_end_io;
   bio->bi_private = &bio_done;
   submit_bio(REQ_OP_READ, bio);
   wait_for_completion(&bio_done);
   // 检查bio状态判断是否成功
   

4. 读取数据并释放资源
   IO成功之后就可以映射页到内核地址空间访问数据了：

   void *data_buf = kmap(page);
   // 这里直接访问data_buf就可以拿到读取到的扇区内容
   // 访问完成后释放资源
   kunmap(page);
   __free_page(page);
   bio_put(bio);
   

注意事项 #

• 不要在原子上下文（比如中断处理、持有自旋锁）中调用同步IO接口，这类场景必须使用异步回调处理IO结果，避免阻塞内核。
• 如果要读取的长度超过4K，你可以给bio添加多个页，或者拆分多个bio分批提交。
• 所有错误分支都要记得释放已经分配的资源，避免内核内存泄漏。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者K_K