Linux0。11kernel目录llrwblk。c详解
该模块的作用是处理块设备的读写，其中最重要的函数就是电梯算法 add_request 函数和 ll_rw_block 函数。 add_requeststatic void add_request(struct blk_dev_struct * dev, struct request * req)
该函数的作用是将块设备读写请求 插入到电梯队列 中。
首先将数据的脏数据标志置为0。 if (req->bh) req->bh->b_dirt = 0;
如果当前设备的请求为空，就将入参中的请求作为设备电梯队列的头节点。并且立即调用request_fn。request_fn对于不同的设备对应不同的回调函数，对于硬盘设备而言，request_fn指的是do_hd_request，关于do_hd_request,将在hd.c中进行讲解。 if (!(tmp = dev->current_request)) { dev->current_request = req; sti(); (dev->request_fn)(); return; }
上面的部分处理了请求队列只有一个请求的场景，接下来便是当请求队列有多个请求时，如何处理优先级顺序的逻辑，也就是电梯算法部分，其中最难理解的便是宏定义IN_ORDER。IN_ORDER的定义如下所示。 #define IN_ORDER(s1,s2) ((s1)->cmd<(s2)->cmd || ((s1)->cmd==(s2)->cmd && ((s1)->dev < (s2)->dev || ((s1)->dev == (s2)->dev && (s1)->sector < (s2)->sector))))
上述代码是比较难懂的，可以使用if-else来帮助理解 bool inorder(request &s1, request &s2) { if(s1.cmd < s2.cmd>){ return true; } else if(s1.cmd == s2.cmd){ if(s1.dev < s2.dev){ return true; } else if(s1.dev == s2.dev){ if(s1.sector < s2.sector){ return true; } return false;//s1.sector > s2.sector } return false;//s1.dev > s2.dev } return false;//s1.cmd > s2.cmd }
展开上面的if-else结构逻辑就清晰了很多，IN_ORDER实际上就是依次对操作类型，设备号， 扇区号作比较，并且操作类型优先级大于设备号，设备号优先级大于扇区号。
对于操作类型而言，读操作优先级大于写操作。对于设备号而言，设备号小的设备优先级大于设备号大的设备的优先级。对于扇区而言，扇区序号小的扇区优先级高于扇区序号大的扇区。
有了这个认识之后，再看下面的语句，就会简单很多，实际上就是根据优先级找到合适的位置插入数据。 for ( ; tmp->next ; tmp=tmp->next) if ((IN_ORDER(tmp,req) || !IN_ORDER(tmp,tmp->next)) && IN_ORDER(req,tmp->next)) break; req->next=tmp->next; tmp->next=req;
下面的这一段代码可以用两个if语句进行替代，即 定向扫描 和 折返扫描 两个场景。 if ((IN_ORDER(tmp,req) || !IN_ORDER(tmp,tmp->next)) && IN_ORDER(req,tmp->next))
条件1：定向扫描， req在当前扫描的方向上 if(tmp > req && req > tmp->next) { req->next=tmp->next; tmp->next=req; }
条件2: 折返扫描，req在下一轮扫描的方向上 if(tmp < tmp->next && req > tmp->next) { req->next=tmp->next; tmp->next=req; }
这里需要阐明的是，Linux-0.11实际使用的磁盘扫描算法是 C-SCAN算法 ，也是 电梯算法 （可戏称为 跳楼机 ）。
其思路就是只 单向寻道 ，到头后 直接复位 再次沿同方向寻道，这样对于所有磁盘位置的请求都是公平的。
我们通过下面的代码实际感受一下这个过程，我们固定cmd和dev， 只让sector号有区别，依次插入50， 80， 60， 30， 20 ，看看最后的结果如何。 #include #include #define READ 0 #define WRITE 1 struct request { int dev; /* -1 if no request */ int cmd; /* READ or WRITE */ int errors; unsigned long sector; unsigned long nr_sectors; char * buffer; //struct task_struct * waiting; //struct buffer_head * bh; struct request * next; }; #define IN_ORDER(s1,s2) ((s1)->cmd<(s2)->cmd || (s1)->cmd==(s2)->cmd && ((s1)->dev < (s2)->dev || ((s1)->dev == (s2)->dev && (s1)->sector < (s2)->sector))) // 作为解析，以明白的分支结构重写一个内容一样的inorder函数 bool inorder(struct request *s1,struct request *s2) { if (s1->cmdcmd) { return true;//only when s1->cmd = READ; s2->cmd = WRITE; } else if ( s1->cmd == s2->cmd ) { if (s1->dev < s2->dev) { return true;// when (s1->cmd==s2->cmd) && (s1->devdev) } else if ( s1->dev == s2->dev ) { if (s1->sectorsector) { return true;// when when (s1->cmd==s2->cmd) && (s1->sectorsector) } return false;// when when (s1->cmd==s2->cmd) && (s1->sector>=s1->sector) } return false;// when (s1->cmd==s2->cmd) && (s1->dev>s2->dev) } return false;// when s1->cmd>s2->cmd } void AddRequest(struct request * &head,struct request *req) { if (!head) { head = req; head->next = 0; return ; } struct request * tmp = head; for (;tmp->next;tmp = tmp->next) { if ( ( IN_ORDER(tmp,req)|| !IN_ORDER(tmp,tmp->next)) && IN_ORDER(req,tmp->next)) { break; } } req->next = tmp->next; tmp->next = req; return; } void PrintQueen(struct request * n) { while (n) { printf(＂(%d,%d,%d),＂,n->cmd,n->dev,n->sector); n = n->next; } printf(＂ ＂); } int main(int argc,char ** argv) { struct request s1; struct request * pHead = 0; struct request *req = new struct request; req->cmd = 0; req->dev = 0; req->sector = 50; AddRequest(pHead,req); PrintQueen(pHead); struct request *req3 = new struct request; req3->cmd = 0; req3->dev = 0; req3->sector = 80; AddRequest(pHead,req3); PrintQueen(pHead); struct request *req2 = new struct request; req2->cmd = 0; req2->dev = 0; req2->sector = 60; AddRequest(pHead,req2); PrintQueen(pHead); struct request *req5 = new struct request; req5->cmd = 0; req5->dev = 0; req5->sector = 30; AddRequest(pHead,req5); PrintQueen(pHead); struct request *req4 = new struct request; req4->cmd = 0; req4->dev = 0; req4->sector = 20; AddRequest(pHead,req4); PrintQueen(pHead); return 0; }
上述代码的执行结果如下所示: (0,0,50), (0,0,50),(0,0,80), (0,0,50),(0,0,60),(0,0,80), (0,0,50),(0,0,60),(0,0,80),(0,0,30), (0,0,50),(0,0,60),(0,0,80),(0,0,20),(0,0,30),
可以看出最后的顺序是50->60->80->20->30， 实际上效果就是单方向移动到最后一个位置，再复位进行扫描，再次沿同方向扫描。
c-san算法示意图
make_requeststatic void make_request(int major,int rw, struct buffer_head * bh)
该函数的作用是创建请求项并插入请求队列中。
首先判断命令是否READA或者是WRITEA。READA代表预读取，WRITEA代表预写入。所以当命令是 预读取 或者是 预写入 ，如果bh块被锁，那么就放弃，直接返回。如果bh块没有被锁，那么就当作普通的READ和WRITE。 struct request * req; int rw_ahead; /* WRITEA/READA is special case - it is not really needed, so if the */ /* buffer is locked, we just forget about it, else it＂s a normal read */ if ((rw_ahead = (rw == READA || rw == WRITEA))) { if (bh->b_lock) return; if (rw == READA) rw = READ; else rw = WRITE; }
如果命令不是读或者写，那么就是一个致命错误，直接通过panic抛出错误。对命令校验之后，就去锁定该数据块。如果命令是写操作，但是该数据块并没有脏数据，则没有必要去写块设备，就可以对bh块进行解锁。除此以外，如果命令是读操作，但是该bh块中的内容已经是最新的，也没有必要去读块设备，就可以对bh块进行解锁。 if (rw!=READ && rw!=WRITE) panic(＂Bad block dev command, must be R/W/RA/WA＂); lock_buffer(bh); if ((rw == WRITE && !bh->b_dirt) || (rw == READ && bh->b_uptodate)) { unlock_buffer(bh); return; }
下面需要从request数组中寻找一个位置来创建该请求。对于读请求而言，将会从数组的尾部开始搜索。对于写请求而言，将会从数组的2/3处开始搜索。 如果找到了位置，那么就开始进行创建，如果没有找到位置，就sleep_on进行等待。 if (rw == READ) req = request+NR_REQUEST; else req = request+((NR_REQUEST*2)/3); /* find an empty request */ while (--req >= request) if (req->dev<0) break; /* if none found, sleep on new requests: check for rw_ahead */ if (req < request) { if (rw_ahead) { unlock_buffer(bh); return; } sleep_on(&wait_for_request); goto repeat; }
当找到该位置时，就在该位置上进行构建请求。构建完之后，调用add_request插入到电梯队列中。 /* fill up the request-info, and add it to the queue */ req->dev = bh->b_dev; req->cmd = rw; req->errors=0; req->sector = bh->b_blocknr<<1; req->nr_sectors = 2; req->buffer = bh->b_data; req->waiting = NULL; req->bh = bh; req->next = NULL; add_request(major+blk_dev,req);ll_rw_blockvoid ll_rw_block(int rw, struct buffer_head * bh)
该函数的作用就是读写数据块。
下面一段代码用于对bh块对应的设备做相应的校验。如果主设备号不存在，或者该设备对应的请求操作函数不存在，就显示出错信息。 if ((major=MAJOR(bh->b_dev)) >= NR_BLK_DEV || !(blk_dev[major].request_fn)) { printk(＂Trying to read nonexistent block-device r＂); return; }
如果校验没有问题就调用make_request建立块设备读写请求。 make_request(major,rw,bh);blk_dev_initvoid blk_dev_init(void)
该函数的作用是 初始化块设备 。
遍历request数组，对request数组中每一项的dev设置为-1， 对next指针设置为NULL。 for (i=0 ; ib_lock)//如果缓冲区已被锁定就睡眠，一直到缓冲区解锁 sleep_on(&bh->b_wait); bh->b_lock=1;//立即锁定缓冲区 sti();//开中断unlock_bufferstatic inline void unlock_buffer(struct buffer_head * bh)
该函数的作用是解锁指定的缓冲块。 if (!bh->b_lock)//如果该缓冲区没有加锁，则打印出错信息 printk(＂ll_rw_block.c: buffer not locked r＂); bh->b_lock = 0;//对缓冲区解锁 wake_up(&bh->b_wait);//唤醒等待该缓冲区的任务。
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