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technorati 標籤: i/o 子系統
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我們含有分析的，是基於2.6.32及其後的核心.
我們在linux上總是要儲存資料，資料要麼儲存在檔案系統裡（如ext3），要麼就儲存在裸裝置裡。我們在使用這些資料的時候都是通過檔案這個抽象來訪問的，作業系統會把我們需要的資料提交給我們，而我們則無需和塊裝置打交道。
從下圖，我們可以清除的看到：
i/o子系統是個層次很深的系統，資料請求從使用者空間最終到達磁碟，經過了複雜的資料流動。
對設驅開發人員或與此相關的設計人員，特別是io很密集，我們就需要搞清楚io具體是如何動作的，免得濫用io和導致設計問題。（
ibm developworks中，〈read系統呼叫剖析〉闡述就很清楚。
read系統呼叫的處理分為使用者空間和核心空間處理兩部分。其中，使用者空間處理只是通過0x80中斷陷入核心，接著呼叫其中斷服務例程，即sys_read以進入核心處理流程。
對於read系統呼叫在核心的處理，如上圖所述，經過了vfs、具體檔案系統，如ext2、頁高速緩衝存層、通用塊層、io排程層、裝置驅動層、和裝置層。其中，vfs主要是用來遮蔽下層具體檔案系統操作的差異，對上提供乙個統一介面，正是因為有了這個層次，所以可以把裝置抽象成檔案。具體檔案系統，則定義了自己的塊大小、操作集合等。引入cache層的目的，是為了提高io效率。它快取了磁碟上的部分資料，當請求到達時，如果在cache中存在該資料且是最新的，則直接將其傳遞給使用者程式，免除了對底層磁碟的操作。通用塊層的主要工作是，接收上層發出的磁碟請求，並最終發出io請求（bio）。io排程層則試圖根據設定好的排程演算法對通用塊層的bio請求合併和排序，**驅動層提供的請求處理函式，以處理具體的io請求。驅動層的驅動程式對應具體的物理裝置，它從上層取出io請求，並根據該io請求中指定的資訊，通過向具體塊裝置的裝置控制器傳送命令的方式，來操縱裝置傳輸資料。裝置層都是具體的物理裝置。
vfs層：
核心函式sys_read是read系統呼叫在該層的入口點。
它根據檔案fd指定的索引，從當前程序描述符中取出相應的file物件，並呼叫vfs_read執行檔案讀取操作。
vfs_read會呼叫與具體檔案相關的read函式執行讀取操作，file->f_op.read。
然後，vfs將控制權交給了ext2檔案系統。（ext2在此作為示例，進行解析）
ext2檔案系統層的處理
通過ext2_file_operations結構知道，上述函式最終會呼叫到do_sync_read函式，它是系統通用的讀取函式。所以說，do_sync_read才是ext2層的真實入口。
該層入口函式 do_sync_read 呼叫函式 generic_file_aio_read ，後者判斷本次讀請求的訪問方式，如果是直接 io （filp->f_flags 被設定了 o_direct 標誌，即不經過 cache）的方式，則呼叫 generic_file_direct_io 函式；如果是 page cache 的方式，則呼叫 do_generic_file_read 函式。它會判斷該頁是否在頁快取記憶體，如果是，直接將資料拷貝到使用者空間。如果不在，則呼叫page_cache_sync_readahead函式執行預讀（檢查是否可以預讀），它會呼叫mpage_readpages。如果仍然未能命中（可能不允許預讀或者其它原因），則直接跳轉readpage，執行mpage_readpage，從磁碟讀取資料。
在mpage_readpages(一次讀多個頁)中，它會將連續的磁碟塊放入同乙個bio，並延緩bio的提交，直到出現不連續的塊，則直接提交bio，再繼續處理，以構造另外的bio。
檔案的 page cache 結構
圖5顯示了乙個檔案的 page cache 結構。檔案被分割為乙個個以 page 大小為單元的資料塊,這些資料塊（頁）被組織成乙個多叉樹（稱為 radix 樹）。樹中所有葉子節點為乙個個頁幀結構（struct page），表示了用於快取該檔案的每乙個頁。在葉子層最左端的第乙個頁儲存著該檔案的前4096個位元組（如果頁的大小為4096位元組），接下來的頁儲存著檔案第二個4096個位元組，依次類推。樹中的所有中間節點為組織節點，指示某一位址上的資料所在的頁。此樹的層次可以從0層到6層，所支援的檔案大小從0位元組到16 t 個位元組。樹的根節點指標可以從和檔案相關的 address_space 物件（該物件儲存在和檔案關聯的 inode 物件中）中取得（更多關於 page cache 的結構內容請參見參考資料）。
mpage處理機制就是page cache層要處理的問題。
通用塊層
在快取層處理末尾，執行mpage_submit_bio之後，會呼叫generic_make_request函式。這是通用塊層的入口函式。
它將bio傳送到io排程層進行處理。
io排程層
對bio進行合併、排序，以提高io效率。然後，呼叫裝置驅動層的**函式，request_fn，轉到裝置驅動層處理。
裝置驅動層
request函式對請求佇列中每個bio進行分別處理，根據bio中的資訊向磁碟控制器傳送命令。處理完成後，呼叫完成函式end_bio以通知上層完成。
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