Linux read()实现

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sys_read: 通过fd得到对应的file结构，然后调用vfs_read；  
vfs_read: 各种权限及文件锁的检查，然后调用file->f_op->read（若不存在则调用do_sync_read）。file->f_op是从对应的inode->i_fop而来，而inode->i_fop是由对应的文件系统类型在生成这个inode时赋予的。file->f_op->read很可能就等同于do_sync_read；  
do_sync_read: f_op->read是完成一次同步读，而f_op->aio_read完成一次异步读。do_sync_read则是利用f_op->aio_read这个异步读操作来完成同步读，也就是在发起一次异步读之后，如果返回值是-EIOCBQUEUED，则进程睡眠，直到读完成即可。但实际上对于磁盘文件的读，f_op->aio_read一般不会返回 -EIOCBQUEUED，除非是设置了O_DIRECT标志aio_read，或者是对于一些特殊的文件系统（如nfs这样的网络文件系统）； 
f_op->aio_read: 这个函数通常是由generic_file_aio_read或者其封装来实现的；  
generic_file_aio_read: 一次异步读可能包含多个读操作（对应于readv系统调用），对于其中的每一个，调用do_generic_file_read；  
do_generic_file_read: 主要流程是在radix树里面查找是否存在对应的page，且该页可用。是则从page里面读出所需的数据，然后返回，否则通过file->f_mapping->a_ops->readpage去读这个页；  file->f_mapping是从对应inode->i_mapping而来，inode->i_mapping->a_ops是由对应的文件系统类型在生成这个inode时赋予的。而各个文件系统类型提供的a_ops->readpage函数一般是mpage_readpage函数的封装； 
mpage_readpage: 调用do_mpage_readpage构造一个bio，再调用mpage_bio_submit将其提交；  
do_mpage_readpage: 根据page->index确定需要读的磁盘扇区号，然后构造一组bio。其中需要使用文件系统类型提供的get_block函数来对应需要读取的磁盘扇区号；  
mpage_bio_submit: 设置bio的结束回调bio->bi_end_io为mpage_end_io_read，然后调用submit_bio提交这组bio；  
submit_bio: 调用generic_make_request将bio提交到磁盘驱动维护的请求队列中；  
generic_make_request: 一个包装函数，对于每一个bio，调用__generic_make_request； 
__generic_make_request: 获取bio对应的块设备文件对应的磁盘对象的请求队列bio->bi_bdev->bd_disk->queue，调用q->make_request_fn将bio添加到队列；  
q->make_request_fn: 设备驱动程序在其初始化时会初始化这个request_queue结构，并且设置q->make_request_fn和q->request_fn（这个下面就会用到）。前者用于将一个bio组装成request添加到request_queue，后者用于处理request_queue中的请求。一般情况下，设备驱动通过调用blk_init_queue来初始化request_queue，q->request_fn需要给定，而q->make_request_fn使用了默认的__make_request；  
__make_request: 会根据不同的调度算法来决定如何添加bio，生成对应的request结构加入request_queue结构中，并且决定是否调用q->request_fn，或是在kblockd_workqueue任务队列里面添加一个任务，等kblockd内核线程来调用q->request_fn；  
q->request_fn。由驱动程序定义的函数，负责从request_queue里面取出request进行处理。从添加bio到request被取出，若干的请求已经被IO调度算法整理过了。驱动程序负责根据request结构里面的描述，将实际物理设备里面的数据读到内存中。当驱动程序完成一个request时，会调用end_request（或类似）函数，以结束这个request；
end_request。完成request的收尾工作，并且会调用对应的bio的的结束方法bio->bi_end_io，即前面设置的mpage_end_io_read；  
mpage_end_io_read: 如果page已更新则设置其up-to-date标记，并为page解锁，唤醒等待page解锁的进程。最后释放bio对象；  
 
sys_write: 跟sys_read一样，对应的vfs_write、do_sync_write、f_op->aio_write、generic_file_aio_write被顺序调用；  
generic_file_aio_write: 调用__generic_file_aio_write_nolock来进行写的处理，将数据写到磁盘高速缓存中。写完成之后，判断如果文件打开时使用了O_SYNC标记，则再调用sync_page_range将写入到磁盘高速缓存中的数据同步到磁盘（只同步文件头信息）；  
__generic_file_aio_write_nolock。进行一些检查之后，调用generic_file_buffered_write；  
generic_file_buffered_write: 调用generic_perform_write执行写，写完成之后，判断如果文件打开时使用了O_SYNC标记，则再调用generic_osync_inode将写入到磁盘高速缓存中的数据同步到磁盘（同步文件头信息和文件内容）； 
generic_perform_write: 一次异步写可能包含多个写操作（对应于writev系统调用），对于其中牵涉的每一个page，调用 file->f_mapping->a_ops->write_begin准备好需要写的磁盘高速缓存页面，然后将需要写的数据拷入其中，最后调用file->f_mapping->a_ops->write_end完成写；  file->f_mapping是从对应inode->i_mapping而来，inode->i_mapping->a_ops是由对应的文件系统类型在生成这个inode时赋予的。而各个文件系统类型提供的file->f_mapping->a_ops->write_begin函数一般是block_write_begin函数的封装、file->f_mapping->a_ops->write_end函数一般是generic_write_end函数的封装；  
block_write_begin: 调用grab_cache_page_write_begin在radix树里面查找要被写的page，如果不存在则创建一个。调用__block_prepare_write为这个page准备一组buffer_head结构，用于描述组成这个page的数据块（利用其中的信息，可以生成对应的bio结构）； 
generic_write_end: 调用block_write_end提交写请求，然后设置page的dirty标记；  
block_write_end: 调用__block_commit_write为page中的每一个buffer_head结构设置dirty标记；  至此，write调用就要返回了。如果文件打开时使用了O_SYNC标记， sync_page_range或generic_osync_inode将被调用。否则write就结束了，等待pdflush内核线程发现radix树上的脏页，并最终调用到do_writepages写回这些脏页；  
sync_page_range也是调用generic_osync_inode来实现的，而generic_osync_inode最终也会调用到do_writepages；  
do_writepages: 调用inode->i_mapping->a_ops->writepages，而后者一般是mpage_writepages函数的包装；  
mpage_writepages: 检查radix树中需要写回的page，对每一个page调用__mpage_writepage；
__mpage_writepage: 这里也是构造bio，然后调用mpage_bio_submit来进行提交。