(莱昂氏unix源代码分析导读-36) 缓存管理（下）

                                      by cszhao1980

理解了上述内容，下面的这些程序就不难理解了。

首先是函数brelse(buf bp)，该函数将传入的缓存归还到AV队列中，函数采用尾插法，

即缓存会插到AV队列的队尾——这样做显然有助于提高“延迟写”技术的效率。莱昂

特别指出，brelse没有清理B_DONE标志，这一点非常重要，读完本章后大家就会明白。

 

接下来是binit()函数，完成初始化：

（1）         每个缓存都被放入到空闲设备队列（bfreelist b队列）中；（有趣的是，使用头插法）

（2）         每个缓存都通过调用brelse放入到AV队列中；

（3）         初始化每个设备的b list——都为空（仅有头结点）。

 

还有notavail()函数，其作用是将传入的缓存从AV队列中取下来，并为缓存设置B_BUSY标

志，表示该缓存已经被某设备占用，not available了。

 

clrbuf()函数就比较简单了，它将缓存区清0。

 

incore()有两个参数：设备号（adev）和块号（blkno），它会Loop该设备的任务队列（b队列），

看是否已经为此块分配了缓存（b_blkno == blkno）。

 

getblk(dev, block)相对比较复杂，它的作用是为指定设备的指定块分配一个缓存。

（1）     它首先检查该设备的b队列，看是否已经为此block分配过缓存，如果有，则检查B_BUSY标记；

                   i．     如置位，则设置B_WANTED标记后睡眠；醒来后，跳回程序开头；

                  ii．     否则，调用notavail占用此缓存（注意，如果B_BUSY未置位，则此缓存已经被归还到AV队列了）；

（2）     如果没有这样的缓存，则需要直接从（bfreelist的）AV队列中分配。

                如果该队列为空，则B_WANTED置位后睡眠；

（3）     否则，调用notavail(bfreelist->av_forw)占用AV队列的第一个缓存；

（4）     如该缓存的B_DELWRI置位（“延迟写”），则调用bwrite进行实际io，然后跳回程序开头；

            【思考题】：该缓存被从AV队列中摘下来，谁负责归还呢？

 

（5）         如否，则将该缓存从原设备b队列中摘下来，放入新设备的b队列中。

 

getblk还有个简单的用法，即getblk(NODEV)，NODEV定义为-1。getblk发现dev为负数时，就直接

从AV队列里取一个缓存下来（经过一摘一放后，它仍在bfreelist的b队列中）。由于此种情况下没有

使用block参数，故调用时，可省略第二个参数的输入。

 

下面看一下读写相关的函数，首先是bread(dev, block)，它将指定设备的指定块读入缓存。

首先，它调用getblk来获取一个缓存；

然后，检查该缓存，如果B_DONE标记已经设置，则表示走了大运，无需再读磁盘了，直接return即可；

如果没这么走运，则需要启动设备进行实际的读操作，然后调用iowait等待操作完成。

【注】：记得末，brelse没有清理B_DONE标志。

【思考题】：这样的盘块从何而来？

 

令人疑惑的是，b_wcount的值是一个负数：-256，Why？因为这个值会被直接设置给这与RK设备的rkcs寄

存器，而该寄存器的内容是要传输word数的补码。系统的这种写法其实破坏了其一直努力实现的device

 independent性，rkcs寄存器的特殊要求应该由更底层的函数来实现。

 

bwrite()进行真实io，将指定缓存的内容写入设备，对同步写，它会等待io结束，然后调用brelse()

将缓存归还AV队列。

 

bflush()函数大家都比较熟悉了，它会Loop指定设备的任务（b）队列，调用bwrite()函数将“延迟写”

的缓存写入物理设备。

 

现在，让我们看一下正常的读过程。根据前面的描述，其过程大致如下：

（1）         当进程要读取磁盘盘块时，会首先获取一个buffer，启动调用bread启动设备操作，

                   bread会调用iowait睡眠（以此buffer地址为原因）；

（2）         设备操作完成后，会启动rkintr中断处理程序，该程序会唤醒等待的进程；

（3）         进程读取buffer的内容，然后调用brelse释放该buffer。

 

对于写操作，也有类似的过程，其根本特点是进程会等待io完成，然后再进行下面的工作。

因此，它们也称为同步io操作。

 

除了同步io之外，在读码过程中，我们还遇到了有关异步（B_ASYNC）的代码，它们是做什么的呢？

对于写操作，比较好理解。异步写操作用于“延迟写”技术——在真正写时，也会调用bwrite()，

该函数启动设备操作后，直接return即可，无需调用iowait等待。

 

读操作的情形稍微复杂一些，它用于“预读”。预读用以提高效率，如果我们能预测下一次要读取的盘块

的话，我们可以预先读取它，以提高效率。

 

breada()函数提供了预读的功能，相比bread它多指定了一个参数：read ahead块号，即要“提前/额外”读

入的块的块号。它首先会以同步方式启动“正选”块的读入，然后会以异步方式去启动设备读“提前”

块——这很容易理解，因为在启动读操作时，还没有进程等待此盘块，因此，无法使用同步方式。

 

rkintr在处理异步读入的盘块时，会直接调用brelse将其释放到AV队列（B_DONE仍设置），但在其被再

次分配之前，如果遇到相同盘块的读取请求，会直接返回该buffer，无需再次读入——参见对bread函数的描述。

 

在这里顺便谈一下unix v6的预读算法。在inode结构中有一个变量i_lastr，记录的是上一次读的盘块号，如

果本次读的盘块号正好为i_lastr+1，我们有理由相信，下次读操作有很大机会是读取i_lastr+2号盘块，因此，

就可以调用breada进行预读。

 

我们没有讨论所谓的原始（raw）输入输出函数physio——它的解析就留给读者吧。

 

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