Chap15 页高度缓存和页回写

 

页高速缓存——一种主要的磁盘缓存，用于减少对磁盘的I/O操作

即：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。

15.1 页高速缓存

页高速缓存缓存的是页面，包含最近被访问过的文件的全部页面。

一个物理页可能由多个不连续的物理磁盘块组成 => 使用address_space结构体描述页高速缓存中的页面

 

struct address_space {
        struct inode *host; /* owning inode */
        struct radix_tree_root page_tree; /* radix tree of all pages */
        spinlock_t tree_lock; /* page_tree lock */
        unsigned int i_mmap_writable; /* VM_SHARED ma count */
        struct prio_tree_root i_mmap; /* list of all mappings */
        struct list_head i_mmap_nonlinear; /* VM_NONLINEAR ma list */
        spinlock_t i_mmap_lock; /* i_mmap lock */
        atomic_t truncate_count; /* truncate re count */
        unsigned long nrpages; /* total number of pages */
        pgoff_t writeback_index; /* writeback start offset */
        struct address_space_operations *a_ops; /* operations table 操作函数表*/
        unsigned long flags; /* gfp_mask and error flags */
        struct backing_dev_info *backing_dev_info; /* read-ahead information */
        spinlock_t private_lock; /* private lock */
        struct list_head private_list; /* private list */
        struct address_space *assoc_mapping; /* associated buffers */
};

 

    struct address_space_operations {
        int (*writepage)(struct page *, struct writeback_control *);
        int (*readpage) (struct file *, struct page *);
        int (*sync_page) (struct page *);
        int (*writepages) (struct address_space *, struct writeback_control *);
        int (*set_page_dirty) (struct page *);
        int (*readpages) (struct file *, struct address_space *,
                          struct list_head *, unsigned);
        int (*prepare_write) (struct file *, struct page *, unsigned, unsigned);
        int (*commit_write) (struct file *, struct page *, unsigned, unsigned);
        sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
        int (*invalidatepage) (struct page *, unsigned long);
        int (*releasepage) (struct page *, int);
        int (*direct_IO) (int, struct kiocb *, const struct iovec *,
                          loff_t, unsigned long);
};

15.2 基树

页高速缓存通过address_space对象和一个偏移量进行搜索。

每个address_space都有唯一的基树（radix tree），保存在page_tree结构体中。

基树是个二叉树，只要指定文件偏移量，就能在基树迅速搜索到希望的数据。

15.3 缓冲区高速缓存

2.2及更早的内核中含有页高速缓存（缓存页）和缓冲区高速缓存（缓存缓冲）；

2.4内核开始统一了这两种缓存，目前只有页高速缓存。

15.4 pdflush后台例程

脏数据——页高速缓存中的数据比后台存储的数据更新

在内存中累积起来的脏页最终必须写回磁盘：

(1) 空闲内存低于一个特定的阈值dirty_background_ratio，调用wakeup_bdflush()唤醒一个pdflush线程，pdflush线程调用background_writeout()将脏页写回磁盘，直到指定的最小数目的页被写到磁盘且内存空闲数超过阈值dirty_background_ratio——减轻内存不足的压力；

(2) 脏页在内存中驻留时间超过一个特定的阈值：系统启动时，内核初始化一个定时器，让它周期性唤醒pdflush线程，随后运行wb_kupdate()函数，把驻留时间超过百分之dirty_expire_ centisecs秒的脏页写回。

pdflush多线程：

避免拥堵。如果一个已存在的pdflush线程已持续工作1秒以上，内核就会创建一个新的pdflush线程，线程数量不能超过MAX_PDFLUSH_THREADS；相反，如果一个pdflush线程睡眠超过1秒，内核就会终止该线程，线程数量不得少于MIN_PDFLUSH_THREADS。线程数量取决于页回写数量和拥塞情况，动态调整。

 

pdflush设置：

Variable	Description
dirty_background_ratio	As a percentage of total memory, the number of pages at which the pdflush tHReads will begin writeback of dirty data.
dirty_expire_centisecs	In hundredths of a second, how old data must be to be written out next time a pdflush thread wakes to perform periodic writeback.
dirty_ratio	As a percentage of total memory, the number of pages a process generates before it begins writeback of dirty data.
dirty_writeback_centisecs	In hundredths of a second, how often the pdflush threads should wake up to write data back out to disk.
laptop_mode	A Boolean value controlling laptop mode. See the following section.

 

Laptop Mode膝上型电脑模式

——将硬盘转动的机械行为最小化，云村硬盘尽可能长时间停滞，从而延长电池供电时间。

/proc/sys/vm/laptop_mode文件进行配置，0/关闭，1/开启

dirty_background_ratio和dirty_expire_centisecs值很大。