Роберт Лав - Разработка ядра Linux

Действительный объект элемента каталога, может быть в одном из трех состояний: используемый (used), неиспользуемый (unused) и негативный (negative).

Используемый объект соответствует существующему файловому индексу (т.е. поле d_inodeуказывает на связанный объект типа mode) и используется один или более раз (т.е. значение поля d_count— положительное число). Используемый элемент каталога используется подсистемой VFS, а также указывает на существующие данные, поэтому не может быть удален.

Неиспользуемый объект типа dentry соответствует существующему объекту inode (поле d_inodeуказывает на объект файлового индекса), но подсистема VFS в данный момент не использует этот элемент каталога (поле d_countсодержит нулевое значение). Так как элемент каталога указывает на существующий объект, то он сохраняется на случай, если вдруг окажется нужным. Если объект не ликвидировать преждевременно, то его и не нужно будет создавать заново, если вдруг он понадобится в будущем, и поиск по имени пути пройдет быстрее. Когда же появляется необходимость освободить память, то такой объект элемента каталога может быть удален, потому что он никем не используется.

Негативный объект dentry [72] Это название несколько сбивает с толку. В таких объектах нет ничего негативного или отрицательного. Более удачным было бы, наверное, название invalid dentry или несуществующий элемент каталога. не связан с существующим файловым индексом (поле d_inodeравно значению NULL), потому что или файловый индекс был удален, или соответствующий элемент пути никогда не существовал. Такие объекты элементов каталогов сохраняются, чтобы в будущем поиск по имени пути проходил быстрее. Хотя такие объекты dentry и полезны, но они при необходимости могут уничтожаться, поскольку никто их на самом деле не использует.

Объект dentry может быть освобожден, оставаясь в слябовом кэше объектов, как обсуждалось в предыдущей главе. В таком случае на этот объект нет ссылок ни в коде VFS, ни в коде файловых систем.

После того как подсистема VFS преодолела все трудности, связанные с переводом всех элементов пути в объекты элементов каталогов, и был достигнут конец пути, то было бы достаточно расточительным выбрасывать на ветер всю проделанную работу. Ядро кэширует объекты в кэше элементов каталога, который называют dcache .

Кэш объектов dentry состоит из трех частей.

• Список "используемых" объектов dentry, которые связаны с определенным файловым индексом (поле i_dentryобъекта inode). Поскольку указанный файловый индекс может иметь несколько ссылок, то ему может соответствовать несколько объектов dentry, а следовательно используется связанный список.

• Двухсвязный список неиспользуемых и негативных объектов dentry "с наиболее поздним использованием" (last recently used, LRU). Вставки элементов в этот список отсортированы по времени, поэтому элементы, которые находятся в начале списка, — самые новые. Когда ядро должно удалить элементы каталогов для освобождения памяти, то эти элементы берутся из конца списка, потому что там находятся элементы, которые использовались наиболее давно и для которых меньше шансов, что они понадобятся в ближайшем будущем.

• Хеш-таблица и хеш-функция, которые позволяют быстро преобразовать заданный путь в объект dentry.

Указанная хеш-таблица представлена с помощью массива dentry_hashtable. Каждый элемент массива — это указатель на список тех объектов dentry, которые соответствуют одному ключу. Размер этого массива зависит от объема физической памяти в системе.

Значение ключа определяется функцией d_hash(), что позволяет для каждой файловой системы реализовать свою хеш-функцию.

Поиск в хеш-таблице выполняется с помощью функции d_lookup(). Если в кэше dcache найден соответствующий объект, то это значение возвращается. В случае ошибки возвращается значение NULL.

В качестве примера рассмотрим редактирование файла исходного кода в вашем домашнем каталоге, /home/dracula/src/fоо.с. Каждый раз, когда производится доступ к этому файлу (например, при первом открытии, при последующей записи, при компиляции и так далее), подсистема VFS должна пройти через псе элементы каталогов в соответствии с путем к файлу: /, home, dracula, srcи, наконец, foo.c. Для того чтобы каждый раз при доступе к этому (и любому другому) имени пути избежать выполнения данной операции, которая требует довольно больших затрат времени, подсистема VFS вначале может попытаться найти это имя пути в dentry-кэше. Если поиск проходит успешно, то необходимый конечный элемент каталога нужного пути получается без особых усилий. Если же данного элемента каталога нет в dentry-кэше, то подсистема VFS должна самостоятельно отследить путь. После завершения поиска найденные объекты dentry помещаются в кэш dcache, чтобы ускорить поиск в будущем.

Кэш dcache также является интерфейсом к кэшу файловых индексов icache . Объекты inode связаны с объектами dentry, поскольку объект dentry поддерживает положительное значение счетчика использования для связанного с ним индекса. Это в свою очередь позволяет объектам dentry удерживать связанные с ними объекты mode в памяти. Иными словами, если закэширован элемент каталога, то соответственно оказывается закэшированным и соответствующий ему файловый индекс. Следовательно, если поиск в кэше для некоторого имени пути прошел успешно, то соответствующие файловые индексы уже закэшированы в памяти.

Структура dentry_operationsсодержит методы, которые подсистема VFS может вызывать для элементов каталогов определенной файловой системы. Эта структура определена в файле следующим образом.

struct dentry_operations {

int (*d_revalidate)(struct dentry*, int);

int (*d_hash)(struct dentry*, struct qstr*);

int (*d_compare)(struct dentry*, struct qstr*, struct qstr*);

int (*d_delete)(struct dentry*);

void (*d_release)(struct dentry*);

void (*d_iput)(struct dentry*, struct inode*);

};

Методы служат для следующих целей

• int d_revalidate(struct dentry *dentry, int flags);

Эта функция определяет, является ли указанный объект элемента каталога действительным. Подсистема VFS вызывает эту функцию, когда она пытается использовать объект dentry из кэша dcache. Для большинства файловых систем этот метод установлен в значение NULL, потому что объекты dentry, которые находятся в кэше, всегда действительны.

• int d_hash(struct dentry *dentry, struct qstr *name);

Эта функция создает значение хеш-ключа на основании указанного объекта dentry. Подсистема VFS вызывает эту функцию всякий раз, когда добавляет объект элемента каталога в хеш-таблицу.

• int d_compare(struct dentry *dentry,