Разработка ядра Linux

Лав Роберт

Для получения необходимой общности в страничном кэше операционной системы Linux используется структура

address_space

(адресное пространство), которая позволяет идентифицировать страницы памяти, находящиеся в кэше. Эта структура определена в файле

<linux/fs.h>

следующим образом.

struct address_space {

 struct inode *host; /* файловый индекс, которому

принадлежит объект */

 struct radix_tree_root page_tree; /*

базисное дерево

всех страниц */

 spinlock_t tree_lock; /* блокировка для защиты

поля page_tree */

 unsigned int i_mmap_wrltable; /* количество областей

памяти

 с флагом VM_SHARED */

 struct prio_tree_root i_mmap; /* список всех отображений */

 struct list_head i_mmap_nonlinear; /* список областей

памяти с флагом VM_NONLINEAR */

 spinlock_t i_mmap_lock; /* блокировка поля i_mmap */

 atomic_t truncate_count; /* счетчик запросов

truncate */

 unsigned long nrpages; /* общее количество страниц */

 pgoff_t writeback_index; /* смещения начала

обратной записи */

 struct address_space_operations *a_ops; /* таблица операций */

 unsigned long flags; /* маска gfp_mask

и флаги ошибок */

 struct backing_dev_info *backing_dev_info; /* информация

упреждающего чтения */

 spinlock_t private_lock; /* блокировка

для частных отображений */

 struct list_head private_list; /* список

частных отображений */

 struct address_spacs *assoc_mapping; /* соответствующие

буферы */

};

Поле

i_mmap

— это дерево поиска по приоритетам для всех совместно используемых и частных отображений. Дерево поиска по приоритетам— это хитрая смесь базисных и частично упорядоченных бинарных деревьев [86] .

Всего в адресном пространстве nrpages страниц памяти.

86

Реализация ядра основана на базисном дереве поиска по приоритетам, предложенном в работе Edward M. McCreight, опубликованной в журнале SIAM Journal of Computing, May 1985, vol. 14. №2, P. 257–276.

Объект

address_space

связан с некоторым другим объектом ядра, обычно с файловым индексом. Если это так, то поле

host

указывает на соответствующий файловый индекс. Если значение поля

host

равно

NULL

, то соответствующий объект не является файловым индексом; например, объект

address_space

может быть связан с процессом подкачки страниц (swapper).

Поле

a_ops

указывает на таблицу операций с адресным пространством так же, как и в случае объектов подсистемы VFS. Таблица операций представлена с помощью структуры

struct address_space_operations

, которая определена в файле

<linux/fs.h>

следующим образом.

struct address_space_operations {

 int (*writepage)(struct page*, struct writeback_control*);

 int (*readpage)(struct file*, struct page*);

 int (*sync_page)(struct page*);

 int (*writepages)(struct address_space*,

struct writeback_control*);

 int (*set_page_dirty)(struct page*);

 int (*readpages)(struct file*, struct address_space*,

struct list_head*, unsigned);

 int (*prepare_write)(struct file*, struct page*,

unsigned, unsigned);

 int (*commit_write)(struct file*, struct page*,

unsigned, unsigned);

 sector_t (*bmap)(struct address_space*, sector_t);

 int (*invalidatepage)(struct page*, unsigned long);

 int (*releasepage)(struct page*, int);

 int (*direct_IO)(int, struct kiocb*, const struct iovec*,

loff_t, unsigned long);

};

Методы

read_page

и

write_page

являются наиболее важными. Рассмотрим шаги, которые выполняются при страничной операции чтения.

Методу чтения в качестве параметров передается пара значений: объект

address_space

и смещение. Эти значения используются следующим образом для поиска необходимых данных в страничном кэше.

page = find_get_page(mapping, index);

где параметр

mapping

— это заданное адресное пространство, a

index

— заданная позиция в файле.