linux 0.11 文件系统高速缓冲区简介

为了提高文件系统性能，内核的每次读写请求并不是都直接通过驱动程序访问磁盘进行I/O，而是要经过高速缓冲区。如下图所示：

每个高速缓冲块对应一个磁盘块，都为1024B。为管理这些高速缓冲块，内核使用buffer_head数据结构。如下：
struct buffer_head {
       char * b_data;                               /* pointer to data block (1024 bytes) */高速缓冲块指针
       unsigned long b_blocknr;              /* block number */块号
       unsigned short b_dev;                  /* device (0 = free) */数据源的设备号
       unsigned char b_uptodate;           //更新标志：表示数据是否已更新
       unsigned char b_dirt;                    /* 0-clean,1-dirty */修改标志：0未修改，1已修改
       unsigned char b_count;                /* users using this block */使用的用户数
       unsigned char b_lock;                   /* 0 - ok, 1 -locked */ 缓冲区是否被锁定
       struct task_struct * b_wait;           //指向等待该缓冲区解锁的任务
       struct buffer_head * b_prev;         //hash 队列上前一块（用于缓冲区管理）
       struct buffer_head * b_next;         //hash  队列上后一块
       struct buffer_head * b_prev_free; //空闲表上前一块
       struct buffer_head * b_next_free; //空闲表上后一块
};
所有缓冲块头组成双向循环链表：



实际上这个双向链表是一个最近最少使用LRU链表，free_list是该链表最空闲的缓冲块处的头指针。当内核需要缓冲块，而缓冲区中的缓冲块都已被使用时，则需要替换其中的缓冲块，则从free_list开始寻找缓冲块。
为了快速查找需要的磁盘块数据是否已经在缓冲区中存在，即缓冲区中是否有需要的缓冲块。使用hash队列，以设备号和块号作hash，将buffer_head置于各hash队列中。搜索时则直接从对应的hash队列中进行。其结构如图：

因此，内核取得缓冲块的算法如下：
如果指定的缓冲块存在于hash表中，则说明已经得到可用的缓冲块，于是直接返回。
否则就需要在链表中从free_list头指针处开始搜索，即从最近最少使用的缓冲块开始。
对应函数getblk()的流程如下：

获得缓冲块后，根据缓冲块中数据是否有效决定是否从磁盘读取数据。
整个获得缓冲区函数bread()流程如下：



详见linux内核完全剖析