《Linux内核设计与实现》读书笔记—块IO层

块设备

• 设备文件通常分为两大类型：块设备和字符设备。块设备指的是可以随机访问固定大小数据片的硬件设备，例如硬盘，软盘，闪存等。字符设备指的是以字符流方式被访问的硬件设备，比如键盘，串口和网卡。
• 块设备的管理要比字符设备细致复杂得多，因为字符设备仅仅需要控制一个位置—当前位置，而块设备访问的位置可以在介质的不同区间前后移动。所以内核提供了一个专门的子系统来管理块设备，被称为块IO层。
• 块设备中最小的可寻址单元是扇区，扇区大小一般是2的整数倍，比如最常见的大小为512字节。扇区的大小是设备的物理属性，块设备无法对比扇区还小的单元进行寻址和操作。
• 块是文件系统的一种抽象，内核执行的所有磁盘操作都是按照块进行的。由于扇区是设备的最小可寻址单元，所以块不可能比扇区还小，同时内核要求块大小是2的整数倍，且不能超过一个页的长度。

缓冲区和缓冲区头

• 当一个块被调入内存时，它要存储在一个缓冲区中。每个缓冲区与一个块对应，它相当于磁盘块在内存中的表示。
• 每个缓冲区都有一个对应的描述符，存储缓冲区相关的控制信息和缓冲区到物理内存的映射关系，该描述符用buffer_head结构体表示，称作缓冲区头。
• b_state域表示缓冲区的状态，b_count域表示了缓冲区的引用计数，与该缓冲区对应的磁盘物理块由b_blocknr域索引，其值为b_bdev域指明的块设备中的逻辑块号。
• 与缓冲区对应的内存物理页为b_page域，b_data域直接指向对应的块，块的大小由b_size域表示。

bio结构体

• 内核为块IO操作引入了一种新型的，灵活的，轻量级容器，即bio结构体。该结构体表示了正在现场的(活动的)以片段(segment)链表形式组织的块io操作。
• 一个片段就是一小块连续的内存缓冲区，这样使得即使一个缓冲区的数据分散在多个离散的内存上，bio结构体也能对内核保证IO操作的执行。
• bio结构