Роберт Лав - Разработка ядра Linux

Вторая проблема, связанная с заголовками буферов, — это то, что они описывают только один буфер. Когда заголовок буфера используется в качестве контейнера для операций ввода-вывода, то это требует, чтобы ядро разбивало потенциально большую операцию блочного ввода-вывода на множество мелких структур buffer_head, что в свою очередь приводит к ненужным затратам памяти для храпения структур данных. В результате, основной целью при создании серии ядра 2.5 была разработка нового гибкого и быстрого контейнера для операций блочного ввода-вывода. В результат появилась структура bio, которая будет рассмотрена в следующем разделе.

Основным контейнером для операций ввода-вывода в ядре является структура bio, которая определена в файле . Эта структура представляет активные операции блочного ввода-вывода в виде списка сегментов ( segment ). Сегмент — это участок буфера, который является непрерывным в физической памяти, т.е. отдельные буферы не обязательно должны быть непрерывными в физической памяти. Благодаря тому, что буфер может представляться в виде нескольких участков, структура bioдаст возможность выполнять операции блочного ввода-вывода, даже если данные одного буфера хранятся в разных местах памяти. Ниже показана структура bioс комментариями, описывающими назначение каждого поля.

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_vcntи bi_idx.

Поле bi_io_vecsуказывает на начало массива структур bio_vec. Эти структуры используются в качестве списка отдельных сегментов в соответствующей операции блочного ввода-вывода. Каждый экземпляр структуры bio_vecпредставляет 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_vecопределена в файле 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_vcntэлементов типа bio_vec, начало которого содержится в поле bi_io_vecs. В процессе выполнения операции блочного ввода-вывода поле bi_idxиспользуется 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_vcntсегментов. 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_vecи page.