Разработка ядра Linux

Лав Роберт

странице памяти */

 struct page *b_page; /* соответствующая страница памяти */

 sector_t b_blocknr; /* логический номер блока */

 u32 b_size; /* размер блока (в байтах) */

 char *b_data; /* указатель на буфер в странице памяти */

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

 bh_end_io_t *b_end_io; /* метод завершения ввода-вывода */

 void *b_private; /* данные метода завершения */

 struct list_head b_assoc_buffers; /* список связанных отображений */

};

Поле b_

state

содержит состояние определенного буфера. Это значение может содержать один или несколько флагов, которые перечислены в табл. 13.1. Возможные значения флагов описаны в виде перечисления

bh_state_bits

, которое описано в файле

<linux/buffer_head.h>

.

Таблица 13.1. Значения флагов поля

bh_state

Флаг состояния	Назначение
BH_Uptodate	Буфер содержит действительные данные
BH_Dirty	Буфер изменен (содержимое буфера новее соответствующих данных на диске, и поэтому буфер должен быть записан на диск)
BH_Lock	Для буфера выполняется операция чтения-записи дисковых данных, и буфер заблокирован, чтобы предотвратить конкурентный доступ
BH_Req	Буфер включен в запрос
BH_Mapped	Буфер является действительным и отображается на дисковый блок
BH_New	Буфер только что выделен и к нему еще не было доступа
BH_Async_Read	Для буфера выполняется асинхронная операция чтения
BH_Async_Write	Для буфера выполняется асинхронная операция записи
BH_Delay	С буфером еще не связан дисковый блок
BH_Boundary	Буфер является последним в последовательности смежных блоков — следующий за ним блок не является смежным с этой серией

Перечисление

bh_state_bits

также содержит в качестве последнего элемента флаг

BH_PrivateStart

. Этот флаг не является разрешенным значением флага, а соответствует первому биту, который можно использовать по усмотрению разработчиков кода. Все биты, номер которых больше или равен значению

BH_PrivateStart

, не используются подсистемой блочного ввода-вывода и безопасно могут использоваться драйверами, которым необходимо хранить информацию в поле

b_state

.

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

<linux/buffer_head.h>

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_data

и 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_space

и 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.

Структура

bio

Основным контейнером для операций ввода-вывода в ядре является структура bio, которая определена в файле

<linux/bio.h>

. 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

bio

даст возможность выполнять операции блочного ввода-вывода, даже если данные одного буфера хранятся в разных местах памяти. Ниже показана структура

bio

с комментариями, описывающими назначение каждого поля.