SSD卡驱动中trim命令的实现原理

 转载地址：http://blog.csdn.net/yuzhihui_no1/article/details/51325360

有关trim命令的简介 可以看下http://blog.csdn.net/yuzhihui_no1/article/details/46519701

这里就大概的说下驱动中对trim命令的实现吧，由于对公司代码的保密性，这里就不沾贴代码了，就大概的说下实现原理；

条理会有点乱，也借此机会复习整理下一些相关知识点；

首先是块设备的基本框架：队列 queue和绑定队列的函数

        先说说一般的块设备框架：

        dev->queue = blk_init_queue(request,  &dev->lock);

        每个块设备都需要一个请求队列（后面会讲有的不需要队列），这是因为对块设备请求数据的传人和输出发生的时间，与内核请求的时间相差太大了，所以需要队列 来对一些请求做处理。比如合并req、调整req的请求顺序之类的（后面有时间会注重分析io请求的合并和排序）。

        从这里就可以看出，为什么要有队列？就是因为请求的传人和输出时间与内核的请求时间相差太大。反之，如果块设备请求数据的传入和传出时间，与内核请求的时间相差不大，是不是就意味着可以不用队列？

        答案是肯定的，SSD的驱动就是不需要队列的。

        原因：1、SSD设备的响应时间和请求时间相差不大（其实对CPU来说还是比较大的）；

                    2、也是最主要的，或者说最本质的，最根本的，就是SSD是电子设备，而普通盘是机械设备。普通硬盘读写速度之所以慢的原因是机械臂的移动耗费的时间，所 以就有电梯算法之类的，来减少机械臂的移动。而SSD卡是电子设备，不存在寻址（机械臂移动就是为了寻址）耗费时间，可以类比下内存，也可以类比下 hash算法，或者再类比下查字典，其实原理大致一样的，不需要顺序的一个一个的去寻址；

        介于上面的原因，就不需要对io请求进行排序，或者合并之类的（驱动中请求合并还是会有的，但不是因为寻址的原因，而是为了提高读性能，和内存管理中的预读页是一样的原理）

          

         下面接着说普通块设备的队列和请求函数，当请求队列生成的时候，请求函数就已经和队列绑定了。而且还赠送了一个把自旋锁。当request()函数被调 用时，这把锁会由内核来控制，也就是说request()函数是在原子上下文中运行的（所以定义request函数时，要牢记遵守原子上下文的规则）。

         request()函数有自旋锁时，可以防止内核再给他安排其他的请求；request()函数内要开锁时，一定要记得先禁止其他线程对队列和包含数据的访问，而request()函数返回时，必须要得到该锁。

         对普通块设备来说request()函数就承载了，设备的读写请求的处理了。在线程调用该函数返回前，不需要把所有的请求都执行完，但request函数必须有返回响应，而且还得保证能完成所有的请求；

        接下来说说SSD驱动中使用的无请求队列的块设备框架：

        首先还是自己创建一个队列：queue = blk_alloc_queue(GFP_NOIO);//该函数会告诉块设备子系统，驱动使用定制的make_request函数。该队列不保存请求；

        然后还是绑定请求函数：blk_queue_make_request(queue,  make_request);

        最后是构造一个请求函数：make_request(q, bio);

       从上层一直往下走的话，到block层会有__generic_make_request(struct bio *bio)函数，该函数有两行代码可以引出块设备驱动的运行；

       q = bdev_get_queue(bio->bi_bdev);//从块设备结构体中获取到queue

       ret = q->make_request_fn(q, bio);//开始执行队列绑定的处理函数了

现在来说说trim命令了，在驱动中首先会判断这个bio请求是否是丢弃的bio，看bio->bi_rw标识 ，如果是丢弃的，就是trim命令了。

        接着就调用get_bi_sector(bio)来获取到bio->bi_sector第一个请求的sector，再根据 bio->bi_size 来得到最后一个请求的sector，其中的一些对齐转换，根据不同需求再做决定。最后就是实际的丢弃操作了；

        目前已经得到了要丢弃的数据范围，循环去执行丢弃操作，分析丢弃一个lba的动作，其他的循环丢弃就可以了；

        丢弃一个lba动作：首先获取到ftl映射表中对应pba地址，如果是空的，表示该位置上实际就没有数据，那就不需要操作，直接返回；

        如果lba对应的ftl映射表pba地址，已经存在，则修改映射表，使lba对应的pba为空，接着就需要把实际的pba（开始映射表对应的pba）设置 为无效。各个驱动设计的不一样，但总的思路就是把pba标记为无效，然后再根据该pba所在的sb是什么状态，再做一些状态的调整和处理。

        总之，最后就会把该sb从其他链表中拿出来，挂载到待擦除链表上，接着就会唤醒gc线程去做gc工作。而gc线程做的工作是搜索需要回收的sb，还有就是 回收sb。从链表上的sb中去判断每个pba是否有效，如果有效就读取pba上的数据，然后再写入到新的地址上。一直循环，直到把sb上的所有有效的 pba数据搬运完，然后就开始真正的擦除该sb，擦除后再把该sb挂到free_block链表上。

         最后就调用下 bio_end(bio, bio->bi_size, 0)函数返回，trim命令就这么愉快的结束了，但后台gc线程还在跑。