Разработка ядра Linux

Лав Роберт

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_vcnt

и

bi_idx

.

Поле

bi_io_vecs

указывает на начало массива структур

bio_vec

. Эти структуры используются в качестве списка отдельных сегментов в соответствующей операции блочного ввода-вывода. Каждый экземпляр структуры

bio_vec

представляет 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_vec

определена в файле

<linux/bio.h>

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 */

 unsigned int bv_offset;

};

Для каждой операции блочного ввода-вывода создается массив из

bi_vcnt

элементов типа

bio_vec

, начало которого содержится в поле

bi_io_vecs

. В процессе выполнения операции блочного ввода-вывода поле

bi_idx

используется для указания на текущий элемент массива.

В общем, каждый запрос на выполнение блочного ввода-вывода представляется с помощью структуры

bio

. Каждый такой запрос состоит из одного или более блоков, которые хранятся в массиве структур

bio_vec

. Каждая из этих структур представляет собой вектор, который описывает

положение в физической памяти каждого сегмента запроса. На первый сегмент для операции ввода-вывода указывает поле

bi_io_vec

. Каждый следующий сегмент следует сразу за предыдущим. Всего в массиве

bi_vcnt

сегментов. В процессе того, как уровень блочного ввода-вывода обрабатывает сегменты запроса, обновляется значение поля

bi_idx

, чтобы его значение соответствовало номеру текущего сегмента. На рис. 13.2 показана связь между структурами

bio

,

bio_vec

и

page

.

Рис. 13.2. Связь между структурами

struct bio

,

struct bio_vec

и

struct page

Поле

bi_idx

указывает на текущую структуру

bio_vec

в массиве, что позволяет уровню блочного ввода-вывода поддерживать частично выполненные операции блочного ввода-вывода. Однако более важное использование состоит в том, что драйверы таких устройств, как RAID (Redundant Array of Inexpensive/Independent Disks, массив недорогих/независимых дисковых устройств с избыточностью — специальный способ использования жестких дисков, при котором один логический том может быть распределен но нескольким физическим дискам для увеличения надежности или производительности), могут одну структуру

bio

, которая изначально была адресована одному устройству, разбивать на несколько частей, которые предназначаются различным дискам RAID массива. Все, что необходимо сделать драйверу RAID, это создать необходимое количество копий структуры

bio

, которая предназначалась одному устройству, и изменить для каждой копии значение поля

bi_idx

, чтобы оно указывало на ту часть массива, откуда каждый диск должен начать свою операцию ввода-вывода.

Структура

bio

содержит счетчик использования, который хранится в поле

bi_cnt

. Когда значение этого поля становится равным нулю, структура удаляется, и занятая память освобождается. Следующие две функции позволяют управлять счетчиком использования.

void bio_get(struct bio *bio);

void bio_put(struct bio *bio);

Первая увеличивает на единицу значение счетчика использования, а вторая — уменьшает значение этого счетчика на единицу и, если это значение становится равным нулю, уничтожает соответствующую структуру

bio

. Перед тем как работать с активной структурой

bio

, необходимо увеличить счетчик использования, чтобы гарантировать, что экземпляр структуры не будет удален во время работы. После окончания работы необходимо уменьшить счетчик использования.

И наконец, поле

bio_private

— это поле данных создателя (владельца) структуры. Как правило, это поле необходимо считывать или записывать только тому, кто создал данный экземпляр структуры

bio

.

Сравнение старой и новой реализаций

Между заголовками буферов и новой структурой

bio

существуют важные отличия. Структура

bio

представляет операцию ввода-вывода, которая может включать одну или больше страниц в физической памяти. С другой стороны, заголовок буфера связан с одним дисковым блоком, который занимает не более одной страницы памяти. Поэтому использование заголовков буферов приводит к ненужному делению запроса ввода-вывода на части, размером в один блок, только для того, чтобы их потом снова объединить. Работа со структурами bio выполняется быстрее, эта структура может описывать несмежные блоки и не требует без необходимости разбивать операции ввода-вывода на части.