Linux高速缓存详解（二）
[高速缓存的写操作]
对高速缓存的写操作，主要来自于其它函数对高速缓存的使用。写操作的使用方式很多，例如在inode.c的write_node函数。write_node函数在调用是需要传递一个指向inode节点的指针，并且设置好这个i节点的对应的设备号和节点号。write_node函数的作用是将一个i节点的信息写入设备中(其实是写入高速缓存中)。这里摘抄部分与高速缓存相关的部分
if
(!(sb=get_super(inode->i_dev)))
panic(
"trying to write inode without device"
);
block = 2 + sb->s_imap_blocks + sb->s_zmap_blocks +
(inode->i_num-1)/INODES_PER_BLOCK;
if
(!(bh=bread(inode->i_dev,block)))
panic(
"unable to read i-node block"
);
/*前面部分是得到了i节点所在逻辑块的高速缓存，bh指向这个高速缓存头*/
((
struct
d_inode *)bh->b_data)
[(inode->i_num-1)%INODES_PER_BLOCK] =
*(
struct
d_inode *)inode;
bh->b_dirt=1;
inode->i_dirt=0;
brelse(bh);
对高速缓存进行写操作的部分为
((
struct
d_inode *)bh->b_data)
[(inode->i_num-1)%INODES_PER_BLOCK] =
*(
struct
d_inode *)inode;
由于之前读入高速缓存的数据是i节点所在的逻辑块的整块数据，而这个逻辑块是由许多的设备i节点组成的。因此可以将这个逻辑块的数据看成设备上i节点的数组。所以(struct d_inode*)bd->b_data，将缓存数据块当作设备i节点数组来了解。inode->i_num%INODES_PER_BLOCK，根据i节点号计算这个i节点在设备i节点数组上的索引。最后
((
struct
d_inode *)bh->b_data)
[(inode->i_num-1)%INODES_PER_BLOCK] =
*(
struct
d_inode *)inode;将i节点数据写入了缓存中。在对缓存写操作结束之后，bh->b_dirt=1设置缓存信息，表明缓存中数据被修改，其它进程如果需要使用这个缓存，就需要先把数据同步到设备中。brelse(bh)在缓存使用结束后释放缓存，在后面将会介绍这个函数的代码实现。
[高速缓存的管理函数]
高速缓存的管理包括高速缓存队列的管理，即在前面getblk中看到的
insert_into_queues和remove_from_queues；释放一个高速缓存块函数brelse函数；指定某设备对应的高速缓存失效的invalidate_buffers函数；将高速缓存数据与设备同步的sync_dev函数。其它与高速缓存相关的操作函数这里就不多做说明了。
insert_into_queues是将缓存块插入到队列中，将缓存块插入到空闲链表的尾部。根据缓存块中是否设置了设备号来决定是否要将其插入到散列表中。代码如下
static
inline
void
insert_into_queues(
struct
buffer_head * bh)
{
/* 插入的时候，是将缓存块插入到空闲链表的尾部 */
bh->b_next_free = free_list;
bh->b_prev_free = free_list->b_prev_free;
free_list->b_prev_free->b_next_free = bh;
free_list->b_prev_free = bh;
/* put the buffer in new hash-queue if it has a device */
bh->b_prev = NULL;
bh->b_next = NULL;
if
(!bh->b_dev)
return
;
/*只有设置了设备号（设备号不为0）的缓存块才会加入到散列表中去。*/
bh->b_next = hash(bh->b_dev,bh->b_blocknr);
hash(bh->b_dev,bh->b_blocknr) = bh;
bh->b_next->b_prev = bh;
}
remove_from_queues是将缓存块从链表中移除去。同时从空闲链表和散列数组的链表中移走。代码如下
static
inline
void
remove_from_queues(
struct
buffer_head * bh)
{
/* 如果在散列表上，就把这个节点从散列表中删除 */
if
(bh->b_next)
bh->b_next->b_prev = bh->b_prev;
if
(bh->b_prev)
bh->b_prev->b_next = bh->b_next;
if
(hash(bh->b_dev,bh->b_blocknr) == bh) //看这个节点是否是散列表中所在链表的第一个节点
hash(bh->b_dev,bh->b_blocknr) = bh->b_next;
/*
从空闲链表中将这个节点删除。所有的节点应该都是在空闲链表中的，所以这里做个检查
remove_from_queues要和insert_into_queues配套使用，才能保证所有的缓存块都在空闲链表中
*/
if
(!(bh->b_prev_free) || !(bh->b_next_free))
panic(
"Free block list corrupted"
);
bh->b_prev_free->b_next_free = bh->b_next_free;
bh->b_next_free->b_prev_free = bh->b_prev_free;
if
(free_list == bh) //看这个节点是否是空闲链表的第一个节点
free_list = bh->b_next_free;
}
brelse释放进程使用的一个缓存块，主要工作是将这个缓存块的应用数减一，注意这里只是将应用次数减一，并没有保证释放后将这个缓存块变为空闲的。然后唤醒等待在缓存上的进程。代码如下
void
brelse(
struct
buffer_head * buf)
{
if
(!buf)
return
;
wait_on_buffer(buf);
if
(!(buf->b_count--)) //将缓存块的应用次数减1.如果这个缓存块本身已经是空闲的了，释放的时候就会导致系统down掉
panic(
"Trying to free free buffer"
);
wake_up(&buffer_wait);
/唤醒等待在这个缓存块上的进程
}
唤醒等待进程函数wake_up在sched.c中定义，调用这个函数需要传递一个执行进程的指针的地址，这个函数很短。只是将进程的状态变为可执行的，然后将指针置为空。代码如下
void
wake_up(
struct
task_struct **p) //p是指向进程的指针的地址
{
if
(p && *p) { //将进程的状态设为可运行，然后将指针设为NULL
(**p).state=0;
*p=NULL;
}
}
在brelse中调用wake_up之后的效果是buffer_wait指向的进程的状态变为可运行，然后buffer_wait=NULL
invalidate_buffers有个设备号的参数，invalidate_buffers的作用是将指定设备号上的缓存变成无效状态。代码如下
void
inline
invalidate_buffers(
int
dev)
{
int
i;
struct
buffer_head * bh;
bh = start_buffer;
for
(i=0 ; i<NR_BUFFERS ; i++,bh++) {
if
(bh->b_dev != dev) //只对设备号相同的缓存块做操作
continue
;
wait_on_buffer(bh); //首先要等待这个缓存块解锁。如果这个缓存块没有被加锁，那就直接往后执行
if
(bh->b_dev == dev) //在进程睡眠期间缓存块的内容可能被修改
bh->b_uptodate = bh->b_dirt = 0;
/*
b_uptodate
为0，这样其它进程使用这个设备的数据时，就会去将设备的数据同步到缓存中。
b_dirt为0，其它进程在使用这个缓存之前就不需要将缓存数据写入设备了
*/
}
}
sync_dev函数需要有个参数指定要同步的设备号，它的作用是将高速缓存中的数据同步到设备中去。所有与此设备相关的高速缓存的数据都要同步。代码如下
int
sync_dev(
int
dev)
{
int
i;
struct
buffer_head * bh;
bh = start_buffer;
for
(i=0 ; i<NR_BUFFERS ; i++,bh++) {
if
(bh->b_dev != dev) //比较设备号，设备号相同时才做写入设备操作
continue
;
wait_on_buffer(bh);
if
(bh->b_dev == dev && bh->b_dirt) //如果缓存中的数据没有被修改，那就不需要写入设备中，因为它们的数据已经是一致的了
ll_rw_block(WRITE,bh); //ll_rw_block实现对设备的写操作，由WRITE指定动作为写动作
}
sync_inodes(); //同步缓存中的i节点信息，将i节点数据写入设备
bh = start_buffer;
/*
再次同步一次，同步i节点时可能影响缓存中数据。
*/
for
(i=0 ; i<NR_BUFFERS ; i++,bh++) {
if
(bh->b_dev != dev)
continue
;
wait_on_buffer(bh);
if
(bh->b_dev == dev && bh->b_dirt)
ll_rw_block(WRITE,bh);
}
return
0;
}
sys_sync函数与sync_dev功能相近，只不过sys_sync是将所有的缓存数据都进行同步。而不像sync_dev那样，只针对某一个设备的缓存块进行操作