linux内核奇遇记之md源代码解读之十四raid5非条块内读

linux内核奇遇记之md源代码解读之十四raid5非条块内读

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如果是非条块内读，那么就至少涉及到两个条块的读，这就需要分别从这两个条块内读出数据，然后再凑成整个结果返回给上层。接下来我们将看到如何将一个完整的bio读请求拆分成多个子请求下发到磁盘，从磁盘返回之后再重新组合成请求结果返回给上层的。

4097     logical_sector = bi->bi_sector & ~((sector_t)STRIPE_SECTORS-1);
4098     last_sector = bi->bi_sector + (bi->bi_size>>9);
4099     bi->bi_next = NULL;
4100     bi->bi_phys_segments = 1;     /* over-loaded to count active stripes */

首先计算请求起始位置，因为md下发到磁盘数据请求的最小单位为STRIPE_SECTORS，所以这里要将请求对齐。计算出请求起始位置为logical_sector ，结束位置为last_sector。4100行复用bi_phys_segments 用于计数下发条带数，这里防止意外释放先设置为1。

4102     for (;logical_sector < last_sector; logical_sector += STRIPE_SECTORS) {
4103          DEFINE_WAIT(w);
4104          int previous;
4105
4106     retry:
4107          previous = 0;
4108          prepare_to_wait(&conf->wait_for_overlap, &w, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
...
4134
4135          new_sector = raid5_compute_sector(conf, logical_sector,
4136                                previous,
4137                                &dd_idx, NULL);
4138          pr_debug("raid456: make_request, sector %llu logical %llu\n",
4139               (unsigned long long)new_sector,
4140               (unsigned long long)logical_sector);
4141
4142          sh = get_active_stripe(conf, new_sector, previous,
4143                           (bi->bi_rw&RWA_MASK), 0);

在这个循环中将请求拆分个多个条带，分别下发命令。在处理条带的时候还需要做到互斥，不能有两个线程在同时操作同一个条带。比如说同步线程在同步这个条带，raid5d在写这个条带，那么就会产生非预期的结果。

4103行，等待队列用于条带访问互斥

4108行，加入等待队列

4135行，根据阵列逻辑扇区计算出磁盘物理偏移扇区，并计算对应的数据盘号和校验盘号

4142行，根据磁盘物理偏移扇区获取一个条带

4144          if (sh) {
....
4186               if (test_bit(STRIPE_EXPANDING, &sh->state) ||
4187                   !add_stripe_bio(sh, bi, dd_idx, rw)) {
4188                    /* Stripe is busy expanding or
4189                    * add failed due to overlap.  Flush everything
4190                    * and wait a while
4191                    */
4192                    md_wakeup_thread(mddev->thread);
4193                    release_stripe(sh);
4194                    schedule();
4195                    goto retry;
4196               }
4197               finish_wait(&conf->wait_for_overlap, &w);
4198               set_bit(STRIPE_HANDLE, &sh->state);
4199               clear_bit(STRIPE_DELAYED, &sh->state);
4200               if ((bi->bi_rw & REQ_SYNC) &&
4201                   !test_and_set_bit(STRIPE_PREREAD_ACTIVE, &sh->state))
4202                    atomic_inc(&conf->preread_active_stripes);
4203               release_stripe_plug(mddev, sh);
4204          } else {
4205               /* cannot get stripe for read-ahead, just give-up */
4206               clear_bit(BIO_UPTODATE, &bi->bi_flags);
4207               finish_wait(&conf->wait_for_overlap, &w);
4208               break;
4209          }
4210     }

在第一次看这段代码的时候，由于太匆忙完全没有找到重点在哪里。就像一个人在喧嚣的城市里长大，由于被城市的外表所迷惑完全不知道内心真正想追求的生活。当真正静下心来看的时候，终于发现最重要的一句在4187行，即add_stripe_bio函数，从此开始stripe不再孤单，因为有了bio的附体，它已经准备好要加入了条带处理流程，一场轰轰烈烈的条带人生路由此展开。

在4198行和4203行release_stripe_plug之后一个新的条带正式加入了处理队列(conf->handle_list)。

人的上半生在不断地找入口，下半生在不断地找出口。在这里，读stripe找到了入口，那么出口在哪里呢？读过LDD的同学一定知道答案，对于不使用默认请求队列的块设备驱动来说，对应的make_request函数为入口，出口就是bio_endio。接下来我们就一步步迈向这个出口。

release_stripe_plug之后首先进入的是handle_stripe，handle_stripe调用analyse_stripe，在这个函数中设置了to_read：

3245          if (test_bit(R5_Wantfill, &dev->flags))
3246               s->to_fill++;
3247          else if (dev->toread)
3248               s->to_read++;

回到handle_stripe函数中：

3472     if (s.to_read || s.non_overwrite
3473         || (conf->level == 6 && s.to_write && s.failed)
3474         || (s.syncing && (s.uptodate + s.compute < disks))
3475         || s.replacing
3476         || s.expanding)
3477          handle_stripe_fill(sh, &s, disks);

to_read触发了handle_stripe_fill，这个函数的作用就是设置需要读取的标志：

2696               set_bit(R5_LOCKED, &dev->flags);
2697               set_bit(R5_Wantread, &dev->flags);
2698               s->locked++;

接着又来到了ops_run_io，将读请求下发到磁盘。读请求的回调函数为raid5_end_read_request：

1745     if (uptodate) {
1746          set_bit(R5_UPTODATE, &sh->dev[i].flags);
...
1824     rdev_dec_pending(rdev, conf->mddev);
1825     clear_bit(R5_LOCKED, &sh->dev[i].flags);
1826     set_bit(STRIPE_HANDLE, &sh->state);
1827     release_stripe(sh);

这个函数做了两件事情，一是设置了R5_UPTODATE标志，另一是调用了release_stripe重新将条带送回了handle_stripe处理。

带着R5_UPTODATE标志进入了analyse_stripe函数：

3231          if (test_bit(R5_UPTODATE, &dev->flags) && dev->toread &&
3232              !test_bit(STRIPE_BIOFILL_RUN, &sh->state))
3233               set_bit(R5_Wantfill, &dev->flags);
3234
3235          /* now count some things */
3236          if (test_bit(R5_LOCKED, &dev->flags))
3237               s->locked++;
3238          if (test_bit(R5_UPTODATE, &dev->flags))
3239               s->uptodate++;
3240          if (test_bit(R5_Wantcompute, &dev->flags)) {
3241               s->compute++;
3242               BUG_ON(s->compute > 2);
3243          }
3244
3245          if (test_bit(R5_Wantfill, &dev->flags))
3246               s->to_fill++;

在3255行设置了R5_Wantfill标志，在3246行设置了to_fill，再次回来handle_stripe：

3426     if (s.to_fill && !test_bit(STRIPE_BIOFILL_RUN, &sh->state)) {
3427          set_bit(STRIPE_OP_BIOFILL, &s.ops_request);
3428          set_bit(STRIPE_BIOFILL_RUN, &sh->state);
3429     }

条带状态设置了STRIPE_OP_BIOFILL，只要设置了s.ops_request，就必须马上知道这个域对应的处理函数为raid_run_ops，实际操作在__raid_run_ops：

1378     if (test_bit(STRIPE_OP_BIOFILL, &ops_request)) {
1379          ops_run_biofill(sh);
1380          overlap_clear++;
1381     }

对应的处理函数是ops_run_biofill：

812static void ops_run_biofill(struct stripe_head *sh)
813{
814     struct dma_async_tx_descriptor *tx = NULL;
815     struct async_submit_ctl submit;
816     int i;
817
818     pr_debug("%s: stripe %llu\n", __func__,
819          (unsigned long long)sh->sector);
820
821     for (i = sh->disks; i--; ) {
822          struct r5dev *dev = &sh->dev[i];
823          if (test_bit(R5_Wantfill, &dev->flags)) {
824               struct bio *rbi;
825               spin_lock_irq(&sh->stripe_lock);
826               dev->read = rbi = dev->toread;
827               dev->toread = NULL;
828               spin_unlock_irq(&sh->stripe_lock);
829               while (rbi && rbi->bi_sector <
830                    dev->sector + STRIPE_SECTORS) {
831                    tx = async_copy_data(0, rbi, dev->page,
832                         dev->sector, tx);
833                    rbi = r5_next_bio(rbi, dev->sector);
834               }
835          }
836     }
837
838     atomic_inc(&sh->count);
839     init_async_submit(&submit, ASYNC_TX_ACK, tx, ops_complete_biofill, sh, NULL);
840     async_trigger_callback(&submit);
841}

终于见到庐山真面目了，不禁感慨一下代码就是这样裹着一层又一层，就好像神秘的生日礼物一样要拆开一层又一层的包装，又像老胡同巷子走过一道又一道才能找到那个卖酒的店子。但不管怎么样，代码都对你毫无保留的，真诚的。而且越是复杂的代码就越是风情万种、婀娜多姿，前提是你要懂得如何走入她的内心里才能体会得到，等真正体会到的时候你就会拍案叫绝，从而获得征服的快感久久不能忘怀。在征服了这样一个又一个风情万种的代码之后，你的追求就不再局限于肉体之上，转而追求精神上的高度，像欧洲建筑师一样去设计大教堂，然后花个600多年把哥特式的科隆大教堂建好，这才叫艺术。好吧，那个时候你我都已经不在了，但那种精神始终是你我要追求的境界。

823行，我们刚刚完成了对磁盘的读取，这下将读取的数据从缓存区中拷贝到dev->page上，而此时dev->toread也转移到了dev->read。这里先构造了dma的描述符，839和840将请求提交给DMA，在请求完成之后会回调到839传入的参数ops_complete_biofill：

769static void ops_complete_biofill(void *stripe_head_ref)
770{
771     struct stripe_head *sh = stripe_head_ref;
772     struct bio *return_bi = NULL;
773     int i;
774
775     pr_debug("%s: stripe %llu\n", __func__,
776          (unsigned long long)sh->sector);
777
778     /* clear completed biofills */
779     for (i = sh->disks; i--; ) {
780          struct r5dev *dev = &sh->dev[i];
781
782          /* acknowledge completion of a biofill operation */
783          /* and check if we need to reply to a read request,
784          * new R5_Wantfill requests are held off until
785          * !STRIPE_BIOFILL_RUN
786          */
787          if (test_and_clear_bit(R5_Wantfill, &dev->flags)) {
788               struct bio *rbi, *rbi2;
789
790               BUG_ON(!dev->read);
791               rbi = dev->read;
792               dev->read = NULL;
793               while (rbi && rbi->bi_sector <
794                    dev->sector + STRIPE_SECTORS) {
795                    rbi2 = r5_next_bio(rbi, dev->sector);
796                    if (!raid5_dec_bi_active_stripes(rbi)) {
797                         rbi->bi_next = return_bi;
798                         return_bi = rbi;
799                    }
800                    rbi = rbi2;
801               }
802          }
803     }
804     clear_bit(STRIPE_BIOFILL_RUN, &sh->state);
805
806     return_io(return_bi);
807
808     set_bit(STRIPE_HANDLE, &sh->state);
809     release_stripe(sh);
810}

如果你已经练就了一目十行的火眼睛睛的话，你一定看到了806行的return_io，没错，这就是我之前提到的出口了：

177static void return_io(struct bio *return_bi)
178{
179     struct bio *bi = return_bi;
180     while (bi) {
181
182          return_bi = bi->bi_next;
183          bi->bi_next = NULL;
184          bi->bi_size = 0;
185          bio_endio(bi, 0);
186          bi = return_bi;
187     }
188}

终于看到bio_endio了吧，happy吧去庆祝喝一杯吧。

狂欢够了吗？接下来有两个思考题：

1）return_bi为什么不是一个bio，而有bi_next？

2）既然return_io结束了，808/809行为什么又要重新加入到处理链表？

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