linux内核分析：read过程分析

最新推荐文章于 2024-11-25 09:00:00 发布

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分类专栏： linux内核分析文章标签： linux kernel 函数

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/u013837209/article/details/54923508

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读数据时，进行read函数调用，进入陷阱门调用到函数：

SYSCALL_DEFINE3(read, unsigned int, fd, char __user *, buf, size_t, count) // (/fs/read_write.c) 
    --> ret = __vfs_read(file, buf, count, pos);
        -->if (file->f_op->read)
                return file->f_op->read(file, buf, count, pos);
            else if (file->f_op->read_iter)
                return new_sync_read(file, buf, count, pos);

在linux3.16后文件系统的file_operations操作一般已经不使用操作read函数操作了，可以进入到源码/fs下面的文件系统的file.c里面看下。

分析new_sync_read –>
三个数据结构:

struct iovec iov = { .iov_base = buf, .iov_len = len };

//存放用户空间传入的数据和长度

struct kiocb kiocb;
// kiocb --> kernel i/o control block

struct iov_iter iter;   
// struct iovec 的迭代器

迭代器原理 : https://lwn.net/Articles/625077/

内核空间和用户空间之间的数据传输，需要解除隔离操作
get_fs()和set_fs()解析 :
http://blog.chinaunix.net/uid-24237502-id-35023.html

ret = filp->f_op->read_iter(&kiocb, &iter);
   -->generic_file_read_iter

分为DIRECT 和使用缓存
ps: DIRECT,使用方式为open时使用O_DIRECT, 他与使用缓存的区别就是他不使用内核提供的缓存模式，绕过缓存模式，直接进行磁盘的读写操作。有特殊需要的可以使用这种模式进行操作。

分析缓存方式：

do_generic_file_read(file, &iocb->ki_pos, iter, retval)

ps ：struct file_ra_state *_ra,预读参数，预读窗口大小，命中计数器，控制标志等参数

页高速缓存是linux内核实现的一种主要磁盘缓存，它主要用来减少对磁盘的IO操作，具体地讲，是通过把磁盘中的数据缓存到物理内存中，把对磁盘的访问变为对物理内存的访问，从而加快读写速度。

每个inode都有一个address_space对象，由该address_space来维护该inode所拥有的所有页缓存，即每个inode都需要一个address_space对象，每个inode维护一个基树。
如果假设系统维护一个大的基树，然后每个inode的基树都挂在上面，会有锁竞争，查找耗时等问题。
基数树分析：
http://blog.youkuaiyun.com/lonewolfxw/article/details/7953805

当我们读取一个文件的时间，首先会检查数据是否已经缓存，如果没有就会预读取，将数据加载入缓存页。

do_generic_file_read
    --> page = find_get_page(mapping, index);

查找不到情况下：

page = __page_cache_alloc(gfp_mask);
        add_to_page_cache_lru(page, mapping, offset, gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK)

这里写代码片最近最少使用（LRU）块高速缓存
(LRU的使用牵涉到缓存的回收处理)
LRU原理分析：http://flychao88.iteye.com/blog/1977653
LRU程序分析：http://blog.youkuaiyun.com/yunsongice/article/details/5850807

缓存页预读取
page_cache_sync_readahead

预读取过程代码分析：http://blog.youkuaiyun.com/vah101/article/details/7709820
最后调用
mapping->a_ops->readpages
或者
mapping->a_ops->readpage
进行读取操作

回到do_generic_file_read里下面调用copy_page_to_iter
从缓存页中拷贝数据到iter里

大概的画了一点流程图：
read过程流程

总结：读取文件过程的时候，先通过基数树去检查数据是否已经缓存到缓存页中了，如果没有则执行预读取过程将数据进行缓存处理，缓存完成后直接在缓存页中数据读取，如果有则直接读取。