Linux MD/RAID bitmap实现(1) -- 结构设计与位图保存

bitmap的工作原理就是使用一个位图，每个位对应md设备的一个数据块，在md设备有数据写入时，设置该数据块对应的位，等待写入完成后，再清除该数据块对应的位。
当需要进行数据同步/恢复时，参照bitmap的位图，只有设置了位对应的数据块才需要进行同步/恢复操作。

数据结构设计

bitmap_info结构

此结构定义在mddev结构中，其核心部分为：

核心成员	描述
struct file *file	描述bitmap file，当指定为md自身时，为NULL
loff_t offset	可以为负，不能为0，描述bitmap文件存放在超级块之前还是之后，为负，就在超级块前
struct default_offset	当md设备创建后，再指定bitmapfile时会使用
unsigned long chunksize	存放bitmap chunksize
int external	创建MD设备时指定internal时，值为0

bitmap_page结构

核心成员	描述
void *map	指向一个page的指针起始位置,一个page中每2B的大小保存一个16位的bimtap_counter描述一个chunk的状态
unsigned in hijacked:1	当map申请失败时会被使用
unsigned int count:31	描述在这个page中有dirty位的bit个数

bitmap结构

以下列出bitmap结构的核心部分：

核心成员	描述
struct bitmap_page *bp	申请为一个数组，每个元素对应一个bitmap内存页
unsigned long pages	描述bp数组元素的个数
unsigned long chunkshift	通过bitmap-chunk计算出来的shift值
unsigned long chunks	底层磁盘大小计算出来的chunk个数
spinlock_t lock	Bitmap的自旋锁，保护filemap 的page
struct page *sb_page	存放md的bitmap的superblock的信息
struct page **filemap	描述整个bitmap file的信息，以页的形式保存
unsigned long *filemap_attr	每4bit对应filemap的一页
unsigned long file_pages	描述bitmap file在filemap中用了多少个page
unsigned long flags	描述bitmap的状态

bitmap_super_t结构

此结构描述超级块的信息，详细信息如下：

成员	描述
__le32 magic	0 - 4  宏BITMAP_MAGIC，定义成0x6d746962
__le32 version	4 - 8 the bitmap major for now, could change...
__u8   uuid[16]	8 - 24 128 bit uuid - must match md device uuid
__le64 events	24 - 32 event counter for the bitmap (1)
__le64 events_cleared	32 - 40 event counter when last bit cleared (2)
__le64 sync_size	40 - 48 the size of the md device's sync range(3)
__le32 state	48 - 52 bitmap state information
__le32 chunksize	52 - 56 the bitmap chunk size in bytes
__le32 daemon_sleep	56 - 60 seconds between disk flushes
__le32 write_behind	60 - 64 number of outstanding write-behind writes
__le8  pad[256 - 64]	set to zero

 

上述结构是在md设备创建时，由应用层程序mdadm进行初始化赋值。在kernel中，是直接通过读取bitmap file对应位置的信息保存在sb_page中，然后通过内存映射，将这些值读出来的。

值得关注的是，event记录md设备的最后一个事件，这个事件被记录在md的超级块的events和mddev结构中events中，在MD中某个成员盘加载时，可以比较这两个结构中的events确定bitmap文件是否已经过期。

bitmap保存

Bitmap信息可以存在在md设备之外，单独指定一个磁盘/文件，此时mddev结构中的bitmap_file表示这个bitmap文件。

Bitmap信息也可以存放在md设备自身，bitmap文件相对于md的超级块的位置由bitmap_offset指定，当这个值为负值时，表示bitmap文件存放在超级块之前。这里假设bitmap_offset大于0，则表示bitmap磁盘文件在超级块之后。

Bitmap文件状态如下，记录在bitmap->flags和bitmap->sb->state中：
1. BITMAP_STALE  = 0x002：此状态被设置，表示bitmap file已经过期；
2. BITMAP_WRITE_ERROR = 0x004：此状态在发生写错误时，被设置；
3. BITMAP_HOSTENDIAN = 0x8000：当bitmap->sb.version == BITMAP_MAJOR_HOSTENDIAN(3)时被设置

下面以bitmap信息存放在MD设备自身为例，此时bitmap_file=NULL。

MD设备的整个元数据信息部分由超级块和位图组成，超级块大小为256(见前面结构bitmap_super_t)，随后紧跟位图。
位图中，一个位对应MD设备中一段条带段，这个大小由超级块sb->chunksize字段确定。
其中：
1. 位被设置，表示对应的chunk需要同步；
2. 位被清除，表示对应chunk状态一致，无需同步。

未完 -- 待续。