Шрифт:
};
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. Переход от структуры
struct buffer_head
к структурам struct bio
позволяет получить также и другие преимущества. • Структура
bio
может легко представлять верхнюю память (см. главу 11), так как структура struct bio
работает только со страницами физической памяти, а не с указателями. • Структура
bio
может представлять как обычные страничные операции ввода- вывода, так и операции непосредственного (direct) ввода-вывода (т.е. те, которые не проходят через страничный кэш; страничный кэш обсуждается в главе 15). • Структура
bio
позволяет легко выполнять операции блочного ввода-вывода типа распределения-аккумуляции (scatter-gather), в которых данные находятся в нескольких страницах физической памяти. • Структура
bio
значительно проще заголовка буфера, потому что она содержит только минимум информации, необходимой для представления операции блочного ввода-вывода, а не информацию, которая связана с самим буфером. Тем не менее заголовки буферов все еще необходимы для функций, которые выполняют отображение дисковых блоков на страницы физической памяти. Структура
bio
не содержит никакой информации о состоянии буфера, это просто массив векторов, которые описывают один или более сегментов данных одной операции блочного ввода-вывода, плюс соответствующая дополнительная информация. Структура buffer_head
необходима для хранения информации о буферах. Применение двух отдельных структур позволяет сделать размер обеих этих структур минимальным.