緩沖區(qū)和多進(jìn)程操作文件

1、緩沖區(qū)的作用形成所有塊設(shè)備數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集散地，操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更方便、更靈活對(duì)塊設(shè)備的文件操作運(yùn)行效率更高：使進(jìn)程內(nèi)存空間與塊設(shè)備交換數(shù)據(jù)的速度更快緩沖區(qū)數(shù)據(jù)共享不同進(jìn)程間共享緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。同一進(jìn)程在不同時(shí)間多次共享緩沖區(qū)中的同一個(gè)數(shù)據(jù)。兩種模式的組合緩沖區(qū)設(shè)計(jì)要想通過緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)提高操作系統(tǒng)讀寫文件的整體效率，就應(yīng)該盡可能多地共享緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)盡可能多地共享緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。最有效、最直接的方法就是讓緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)讓緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)中停留的時(shí)間盡可能長。中停留的時(shí)間盡可能長?？梢哉f，緩沖區(qū)的所有的代碼都是圍繞著如何保證數(shù)據(jù)如何保證數(shù)據(jù)交互的正確性交互的正確性、如何讓數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)中停

2、留的時(shí)間盡如何讓數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)中停留的時(shí)間盡可能長可能長來設(shè)計(jì)的。緩沖區(qū)的總體結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)、buffer_head、request的格局圖進(jìn)程緩沖區(qū)塊設(shè)備Buffer_headrequest緩沖區(qū)的總體結(jié)構(gòu)其中Buffer_head：負(fù)責(zé)進(jìn)程與緩沖區(qū)中的緩沖塊的數(shù)據(jù)交互。在確保數(shù)據(jù)交互正確的前提下，讓數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)中停留的時(shí)間盡可能長。Request：負(fù)責(zé)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)與塊設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。在保證數(shù)據(jù)交互正確的前提下，盡可能及時(shí)地將進(jìn)程修改過的緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)同步到塊設(shè)備上。Buffer_head的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/include/linux/fs.hStruct buffer_head Char * b_

3、data;Unsigned long b_blocknr;Unsigned short b_dev;Unsigned char b_uptodate;Unsigned char b_dirt;Unsigned char b_count;Unsigned char b_lock;Struct task_struct * b_wait;Struct buffer_head * b_prev;Struct buffer_head * b_next;Struct buffer_head * b_prev_free;Struct buffer_head * b_next_free;Buffer_head

4、的設(shè)計(jì)進(jìn)程與緩沖塊數(shù)據(jù)交換的正確性內(nèi)核通過buffer_head結(jié)構(gòu)中的b_dev和b_blocknr兩個(gè)字段，把緩沖塊和硬盤數(shù)據(jù)塊的關(guān)系綁定。這樣就保證了硬盤塊與緩沖塊關(guān)系的唯一性，進(jìn)程、緩沖塊的數(shù)據(jù)交互與進(jìn)程、硬盤數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)交互等價(jià)，確保不會(huì)出現(xiàn)混亂。讓數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)中停留的時(shí)間盡可能長內(nèi)核中沒有任何機(jī)制、也沒有任何代碼能夠?qū)⒁呀?jīng)建立了綁定關(guān)系的緩沖塊、硬盤數(shù)據(jù)塊，刻意地、主動(dòng)地解除綁定關(guān)系。只有在迫不得已的情況下，才被新建立的綁定關(guān)系強(qiáng)行替換。Buffer_head的設(shè)計(jì)B_uptodate和b_dirt是為了解決緩沖塊和數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)正確性問題而存在的。B_uptodate：針對(duì)進(jìn)程方向

5、只要緩沖塊的b_uptodate字段被設(shè)置為1，就是告訴內(nèi)核，緩沖塊中的數(shù)據(jù)已經(jīng)是數(shù)據(jù)塊中最新的，可以放心的支持進(jìn)程共享緩沖塊的數(shù)據(jù)。反之如果b_uptodate為0，就是提醒內(nèi)核緩沖塊并沒有用綁定的數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)更新，不支持進(jìn)程共享該數(shù)據(jù)塊。Buffer_head的設(shè)計(jì)B_uptodate和b_dirt是為了解決緩沖塊和數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)正確性問題而存在的。B_dirt：針對(duì)硬盤方向只要緩沖塊的b_dirt字段被設(shè)置為1，就是告訴內(nèi)核，這個(gè)緩沖塊中的數(shù)據(jù)已經(jīng)被進(jìn)程方向的數(shù)據(jù)改寫了，最終需要同步到硬盤上。反之如果b_dirt為0，則不需要同步。Buffer_head的設(shè)計(jì)B_count：標(biāo)示每個(gè)緩沖

6、塊有多少進(jìn)程在共享。B_lock：=1時(shí)，說明緩沖塊正在與硬盤進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，此時(shí)內(nèi)核應(yīng)該攔截進(jìn)程對(duì)該緩沖塊的操作。交互結(jié)束后，再把該字段設(shè)置為0，以此解除對(duì)進(jìn)程方面的攔截。* b_wait：記錄因等待緩沖塊的解鎖而被掛起的進(jìn)程。request的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/kernel/blk_drv/blk.hStruct request Int dev;Int cmd;Int error;Unsigned long sector;Unsigned long nr_sector;Char * buffer;Struct task_struct * waiting;Struct buffer_head * bh;

7、Struct request * next;request的設(shè)計(jì)Request的設(shè)計(jì)思路和緩沖區(qū)正好相反，它的目的是盡可能快的讓緩沖塊和硬盤交換數(shù)據(jù)。緩沖塊與硬盤塊數(shù)據(jù)交換的正確性Request結(jié)構(gòu)中也有類似b_dev和b_blocknr的字段，是設(shè)備號(hào)dev和硬盤塊的首扇區(qū)號(hào)sector。讓數(shù)據(jù)在緩沖塊和硬盤塊中盡快交互無論是讀盤還是寫盤的中斷服務(wù)程序，在執(zhí)行完一次緩沖塊和數(shù)據(jù)塊的交互后，都調(diào)用end_request()和do_hd_request()，形成處理請(qǐng)求項(xiàng)的循環(huán)機(jī)制。如果當(dāng)前即隊(duì)列中還有請(qǐng)求項(xiàng)對(duì)應(yīng)的緩沖塊需要交互，就繼續(xù)下達(dá)交互命令，直到把請(qǐng)求項(xiàng)中所有的任務(wù)都執(zhí)行完才返回。request的設(shè)計(jì)Cmd：確定緩沖塊與硬盤之間是讀交互還是寫交互。* bh和* buffer：確定與硬盤進(jìn)行交互的是哪個(gè)緩沖塊。Sector和nr_sector：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)塊與扇區(qū)的映射規(guī)則。Error：記錄出錯(cuò)的次數(shù)。復(fù)用dev：因?yàn)榫彌_塊與硬盤數(shù)據(jù)塊一