Linux2.6内核--对块IO层操作的讨论

当一个块被调入内存时（也就是说，在读入后或等待写出时），它要存储在缓冲区中。每个缓冲区与一个块对应，它相当于是磁盘块在内存中的表示。块包含一个或多个扇区，但大小不能超过一页，所以一页可以容纳一个或多个内存块。由于内核在处理数据时需要一些相关的控制信息（比如块属于哪个设备，块对应于哪个缓冲区），所以，每一个缓冲区都有一个对应的描述符。该描述符用 buffer_head 结构体表示，称作缓冲区头，在文件 <linux/buffer_head.h> 中定义，它包含了内核操作缓冲区的全部信息。

下面给出缓冲区头结构体和其中每一个域的说明：

struct buffer_head {
unsigned long b_state; /* buffer state bitmap (see above) */
struct buffer_head *b_this_page;/* circular list of page's buffers */
struct page *b_page; /* the page this bh is mapped to */

sector_t b_blocknr; /* start block number */
size_t b_size; /* size of mapping */
char *b_data; /* pointer to data within the page */

struct block_device *b_bdev;
bh_end_io_t *b_end_io; /* I/O completion */
void *b_private; /* reserved for b_end_io */
struct list_head b_assoc_buffers; /* associated with another mapping */
struct address_space *b_assoc_map; /* mapping this buffer is
associated with */
atomic_t b_count; /* users using this buffer_head */
};

缓冲区头的目的在于描述磁盘块和物理内存缓冲区之间的映射关系。这个结构体在内核中只是扮演一个描述符的角色，说明从缓冲区到块的映射关系。

在2.6内核以前，缓冲区头的作用比现在还要重要。因为缓冲区头作为内核中的 IO 操作单元，不仅仅描述了从磁盘块到物理内存的映射，而且还是所有块 IO 操作的容器。但是在2.6内核以后改变了这种策略，它使用一个新的结构 -- bio 来作为操作容器。

bio 结构体定义于 <linux/bio.h> 中，下面给出 bio 结构体和每个域的描述：

struct bio {
sector_t bi_sector; /* associated sector on disk */
struct bio *bi_next; /* list of requests */
struct block_device *bi_bdev; /* associated block device */
unsigned long bi_flags; /* status and command flags */
unsigned long bi_rw; /* read or write? */
unsigned short bi_vcnt; /* number of bio_vecs off */
unsigned short bi_idx; /* current index in bi_io_vec */
unsigned short bi_phys_segments; /* number of segments after coalescing */
unsigned short bi_hw_segments; /* number of segments after remapping */
unsigned int bi_size; /* I/O count */
unsigned int bi_hw_front_size; /* size of the first mergeable segment */
unsigned int bi_hw_back_size; /* size of the last mergeable segment */
unsigned int bi_max_vecs; /* maximum bio_vecs possible */
struct bio_vec *bi_io_vec; /* bio_vec list */
bio_end_io_t *bi_end_io; /* I/O completion method */
atomic_t bi_cnt; /* usage counter */
void *bi_private; /* owner-private method */
bio_destructor_t *bi_destructor; /* destructor method */
};

使用 bio 结构体的目的主要是代表正在现场执行的 IO 操作，所以该结构体中的主要域都是用来管理相关信息的，其中最重要的几个域是 bi_io_vecs , bi_vcnt 和 bi_idx 。下图显示了 bio 结构体及其他结构体之间的关系。

说明：每一个块 IO 请求都通过一个 bio 结构体表示。每个请求包含一个或多个块，这些块存储在 bio_vec 结构体数组中。这些结构体描述了每个片段在物理页中的实际位置，并且像向量一样被组织在一起。 IO 操作的第一个片段由 b_io_vec 结构体所指向，其他的片段在其后依次放置，共有 bi_vcnt个片段。当块 IO 层开始执行请求，需要使用各个片段时， bi_idx 域会不断更新，从而指向当前片段。

新老方法的比较：

缓冲区头和新的 bio 结构体之间存在显著差别。bio 结构体代表的是 IO操作，它可以包括内存中的一个或多个页；而另一方面，buffer_head 结构体代表的是一个缓冲区，它描述的仅仅是磁盘中的一个块，所以他可能会引起不必要的分割，将请求按块为单位划分，只能靠以后再重新组合。由于 bio 结构体是轻量级的，它描述的块可以不需要连续存储区，并且不需要分割 IO 操作。

Linux2.6内核--对块IO层操作的讨论相关推荐

操作系统与存储：解析Linux内核全新异步IO引擎io_uring设计与实现
作者:draculaqian,腾讯后台开发工程师引言存储场景中,我们对性能的要求非常高.在存储引擎底层的IO技术选型时,可能会有如下讨论关于IO的讨论. http://davmac.org/dav ...
Linux文件系统之：通用块处理层 ll_rw_block | +往期文章回顾
</proc 文件系统并使用/proc 进行输入> <Linux虚拟文件系统概述> <Linux文件系统概述:硬盘驱动>通用块设备层>文件系统>虚拟文件 ...
linux内核的块设备驱动框架详解
1.块设备和字符设备的差异 (1)块设备只能以块为单位接受输入和返回输出,而字符设备则以字节为单位.大多数设备是字符设备,因为它们不需要缓冲而且不以固定块大小进行操作; (2)块设备对于 I/O 请求 ...
Linux2.6 内核进程调度分析
Linux2.6 内核进程调度分析进程的调度时机与引起进程调度的原因和进程调度的方式有关.在 2.6 中,除核心应用主动调用调度器之外, 核心还在应用不完全感知的情况下在以下三种时机 ...
详解Linux2.6内核中基于platform机制的驱动模型
原文地址:详解Linux2.6内核中基于platform机制的驱动模型作者:nacichan [摘要]本文以Linux 2.6.25 内核为例,分析了基于platform总线的驱动模型.首先介绍了P ...
Windows内核原理-同步IO与异步IO
目录 Windows内核原理-同步IO与异步IO 背景目的 I/O 同步I/O 异步I/O I/O完成通知总结参考文档 Windows内核原理-同步IO与异步IO 背景在前段时间检查异常连接导 ...
linux中initrd的含义,Linux2.6 内核的 Initrd 机制解析
1．什么是 Initrdinitrd 的英文含义是 boot loaderinitialized RAM disk,就是由 boot loader 初始化的内存盘.在 linux内核启动前, boot ...
linux2.6内核Makefile详解
熟悉内核的Makefile对开发设备驱动.理解内核代码结构都是非常重要的 linux2.6内核Makefile的许多特性和2.4内核差别很大,在内核目录的documention/kbuild/make ...
1.聊聊Netty那些事儿之从内核角度看IO模型
从今天开始我们来聊聊Netty的那些事儿,我们都知道Netty是一个高性能异步事件驱动的网络框架. 它的设计异常优雅简洁,扩展性高,稳定性强.拥有非常详细完整的用户文档. 同时内置了很多非常有用的模块 ...

Linux2.6内核--对块IO层操作的讨论

Linux2.6内核--对块IO层操作的讨论相关推荐

最新文章

热门文章