[Linux内存]页缓存和块缓存

最新推荐文章于 2025-06-21 08:54:55 发布

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本文详细介绍了Linux内核中的页缓存机制，包括页缓存的两种通用缓存方案：页缓存（pagecache）和块缓存，内核管理页缓存使用的数据结构基数树（radix tree），以及如何将修改后的数据回写到物理设备的方法。此外还深入探讨了地址空间（address_space）的概念及其在页缓存中的作用。

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1，内核为设备提供了两种通用的缓存方案：
a, 页缓存（page cache）
b, 块缓存

2，内核管理页缓存所用的数据结构
内核通过基数树（radix tree）来管理页缓存的，

3，内核如何回写内存中修改的数据到物理设备
a, 内核的守护进程在后台运行，为pdflush,这些守护进程周期性激活，
b, pdflush的第二种运作模式是：如果缓存中修改的数据项目数目在短期内显著增加，则由内核激活pdflush.
c，内核提供了相关的系统调用，如sync()

4,地址空间的概念
页缓存中的页是通过地址空间（address_space）来和物理设备内存（如底层文件系统的struct inode结构）相互关联的。对应与page结构的struct address_space *mapping成员。
（1）如果page->mapping等于0，说明该页属于交换告诉缓存swap cache
（2）如果page->mapping不等于0，但第0位为0，说明该页为匿名也，此时mapping指向一个struct anon_vma结构变量；
（3）如果page->mapping不等于0，但第0位不为0，则apping指向一个struct address_space地址空间结构变量；

struct address_space {
	struct inode                 *host;           /*拥有节点*/
	struct radix_tree_root       page_tree;       /*包含全部页面的radix树 */
	spinlock_t                   tree_lock;       /*保护page_tree的自旋锁*/
	unsigned int                 i_mmap_writable;  /* VM_SHARED计数*/
	struct prio_tree_root        i_mmap;          /*私有映射链表*/
	struct list_head             i_mmap_nonlinear; /* VM_NONLINEAR 链表*/
	spinlock_t                   i_mmap_lock;      /* 保护i_mmap的自旋锁 */
	atomic_t                     truncate_count;   /* 截断计数*/
		 unsigned long                nrpages;          /* 页总数*/
	pgoff_t                      writeback_index;  /* 回写的起始偏移*/
	struct address_space_operations    *a_ops;     /* 操作表*/
	unsigned long                flags;           /* gfp_mask 掩码与错误标识*/
	struct backing_dev_info      *backing_dev_info;    /*预读信息*/
	spinlock_t                   private_lock;     /*私有address_space锁*/
	struct list_head              private_list;    /*私有address_space链表*/
	struct address_space         *assoc_mapping;  /*相关的缓冲*/

};
比如页高速缓存中页的拥有者是一个文件的时候，那么此时索引节点的i_mapping字段总是指向索引节点的数据页所有者的address_space.而address_space对象就嵌入在VFS索引节点对象的i_data字段中。而address_space中的字段host则指向它所有者的索引节点对象。

5,页缓存的常用操作函数

页高速缓存的还有几个常用处理函数：查找页，增加页，删除页更新页。

struct page * find_get_page(struct address_space *mapping, unsigned long offset)
unsigned find_get_pages(struct address_space *mapping, pgoff_t start,unsigned int nr_pages, struct page **pages)
struct page *find_lock_page(struct address_space *mapping,unsigned long offset)
struct page *find_trylock_page(struct address_space *mapping, unsigned long offset)
struct page *find_or_create_page(struct address_space *mapping,unsigned long index, unsigned int gfp_mask)
int add_to_page_cache(struct page *page, struct address_space *mapping,pgoff_t offset, int gfp_mask)
remove_from_page_cache(struct page *page)