Роберт Лав - Разработка ядра Linux

Флаги, которые используются драйверами, могут быть определены на основании значения этого флага, что позволяет гарантированно избежать перекрытия с битами, которые официально используются уровнем блочного ввода-вывода.

Поле b_count— это счетчик использования буфера. Значение этого поля увеличивается и уменьшается двумя функциями, которые определены в файле следующим образом.

static inline void get_bh(struct buffer_head *bh) {

atomic_inc{&bh->b_count);

}

static inline void put_bh(struct buffer_head *bh) {

atomic_dec(&bh->b_count);

}

Перед тем как манипулировать заголовком буфера, необходимо увеличить значение счетчика использования с помощью функции get_bh(), что гарантирует, что во время работы буфер не будет освобожден. Когда работа с заголовком буфера закончена, необходимо уменьшить значение счетчика, ссылок с помощью функции put_bh().

Физический блок на жестком диске, которому соответствует буфер, — это блок с логическим номером b_blocknr, который находится на блочном устройстве b_bdev.

Физическая страница памяти, в которой хранятся данные буфера, соответствует значению поля b_page. Поле b_data— это указатель прямо на данные блока (которые хранятся где-то в странице памяти b_page), размер блока хранится в поле b_size. Следовательно, блок хранится в памяти, начиная с адреса b_dataи заканчивая адресом ( b_data + b_size).

Назначение заголовка буфера — это описание отображения между блоком на диске и буфером в физической памяти (т.е. последовательностью байтов, которые хранятся в указанной странице памяти). Выполнение роли дескриптора отображения буфер-блок — единственное назначение этой структуры данных ядра.

В ядрах до серии 2.6 заголовок буфера был значительно более важной структурой данных. По существу, это была единица ввода-вывода данных в ядре. Он не только выполнял роль дескриптора для отображения буфер-блок-страница физической памяти, но и выступал контейнером для всех операций блочного ввода-вывода. Это приводило к двум проблемам. Первая проблема заключалась в том, что заголовок буфера был большой и громоздкой структурой данных (сегодня он несколько уменьшился в размерах), а кроме того, выполнение операций блочного ввода-вывода в терминах заголовков буферов было непростой и довольно непонятной задачей. Вместо этого, ядру лучше работать со страницами памяти, что одновременно и проще и позволяет получить большую производительность. Использовать большой заголовок буфера, описывающий отдельный буфер (который может быть размером со страницу памяти), — неэффективно. В связи с этим в ядрах серии 2.6 было сделано много работы, чтобы дать возможность ядру выполнять операции непосредственно со страницами памяти и пространствами адресов, вместо операций с буферами. Некоторые из этих операций обсуждаются в главе 15, "Страничный кэш и обратная запись страниц", где также рассматривается структура address_spaceи демоны pdflush.

Вторая проблема, связанная с заголовками буферов, — это то, что они описывают только один буфер. Когда заголовок буфера используется в качестве контейнера для операций ввода-вывода, то это требует, чтобы ядро разбивало потенциально большую операцию блочного ввода-вывода на множество мелких структур buffer_head, что в свою очередь приводит к ненужным затратам памяти для храпения структур данных. В результате, основной целью при создании серии ядра 2.5 была разработка нового гибкого и быстрого контейнера для операций блочного ввода-вывода. В результат появилась структура bio, которая будет рассмотрена в следующем разделе.

Основным контейнером для операций ввода-вывода в ядре является структура bio, которая определена в файле . Эта структура представляет активные операции блочного ввода-вывода в виде списка сегментов ( segment ). Сегмент — это участок буфера, который является непрерывным в физической памяти, т.е. отдельные буферы не обязательно должны быть непрерывными в физической памяти. Благодаря тому, что буфер может представляться в виде нескольких участков, структура bioдаст возможность выполнять операции блочного ввода-вывода, даже если данные одного буфера хранятся в разных местах памяти. Ниже показана структура bioс комментариями, описывающими назначение каждого поля.

struct bio {

sector_t bi_sector; /* соответствующий сектор на диске */

struct bio *bi_next; /* список запросов */

struct block_device *bi_bdev; /* соответствующее блочное устройство */

unsigned long bi_flags; /* состояние и флаги команды */

unsigned long bi_rw; /* чтение или запись? */

unsigned short bi_vcnt; /* количество структур bio vec

в массиве bi_io_vec */

unsigned short bi_idx; /* текущий индекс в массиве bi_io_vec */

unsigned short bi_phys_segments; /* количество сегментов

после объединения */

unsigned short bi_hw_segments; /* количество сегментов после

перестройки отображения */

unsigned int bi_size; /* объем данных для ввода-вывода */

unsigned int bi_hw_front_size; /* размер первого

объединяемого сегмента */

unsigned int bi_hw_front_size; /* размер последнего объединяемого

сегмента */

unsigned int bi_max_vecs; /* максимально возможное количество

структур bio_vecs */

struct bio_vec *bi_io_vec; /* массив структур bio_vec */

bio_end_io_t *bi_end_io; /* метод завершения ввода-вывода */

atomic_t bi_cnb; /* счетчик использования */

void *bi_private; /* поле для информации создателя */

bio_destructor_t *bi_destructor; /* деструктор */

};

Главное назначение структуры bio— это представление активной (выполняющейся) операции блочного ввода-вывода. В связи с этим большинство полей этой структуры являются служебными. Наиболее важные поля — это bi_io_vecs, bi_vcntи bi_idx.

Поле bi_io_vecsуказывает на начало массива структур bio_vec. Эти структуры используются в качестве списка отдельных сегментов в соответствующей операции блочного ввода-вывода. Каждый экземпляр структуры bio_vecпредставляет собой вектор следующего вида: <���страница памяти, смещение, размер>, который описывает определенный сегмент, соответственно страницу памяти, где этот сегмент хранится, положение блока — смещение внутри страницы — и размер блока. Массив рассмотренных векторов описывает весь буфер полностью. Структура bio_vecопределена в файле следующим образом.

struct bio_vec {

/* указатель на страницу физической памяти, где находится этот буфер */

struct page *bv_page;

/* размер буфера в байтах */

unsigned int bv_len;

/* смещение в байтах внутри страницы памяти, где находится буфер */