Linux MD/RAID bitmap实现(2) -- 位图设计

Bitmap中共有以下两个位图结构：
1. 磁盘位图，一级位图，保存在bitmap->filemap数组中，而bitmap->filemap_attr描述每个bitmap->filemap数组元素的状态；
    说明：在md设备创建时，整个bitmap磁盘文件会被映射到内存，保存在filemap中，描述底层磁盘大小的位图，在这里1bit对应底层磁盘一个chunk；
            其中filemap_attr数组每4bit对应filemap的一页(最小为sizeof(unsigned long))。Bitmap->filemap[0]被保存在bitmap->sb_page中，描述超级块信息。
2. 内存位图，二级位图，保存在bitmap->bp数组中，每一项数组元素中的map指针指向一个页，该页保存bitmap的一个内存位图结构(1个page描述2048个chunk)；
   说明：每个bp数组所描述的一个页(4096B)代表的2048个chunk，即2B代表1个chunk，2B 16位用来描述下面的信息：
            NEEDED_MASK：1<<(COUNTER_BITS-1)
            RESYNC_MASK：1<<(COUNTER_BITS-2)
            COUNTER_MAX：RESYNC_MASK-1

   注：COUNTER_BITS 16， 说明2B中高二位分别代表状态NEEDED_MASK和RESYNC_MASK， 剩下的14位做用来做统计计数的。


内存位图



这里以创建raid设备时指定bitmap_chunksize=512K，chunksize=64k=128sector(mddev->chunk)，
每个成员盘大小为10485760-2048-128=10483584=blocks(mddev->dev_sector)为例，内存位图计算公式为：
1. bitmap->chunkshift=fzz(~bitmap_chunksize)=19；
2. 整个磁盘大小用bitmap chunk表达，可以算出chunk个数和需要的page个数：
   a) chunks=(blocks+(bitmap_chunksize*1024>>9)-1)>>(bitmap->chunkshift-9)=(10483584+1024-1)/1024=10238;
      说明：将chunksize换算成sector单位，使用此公式就可以算出需要的bitmap chunk个数chunks
   b) pages=(chunks + (PAGE_SIZE << 3)/ COUNTER_BITS - 1)/((PAGE_SIZE << 3)/ COUNTER_BITS)=(10238+2048-1)/2048=5；
      说明：用一个page(4096B)代表2048个chunk，每个chunk占用2B，2B 16bit长度用于描述每个chunk的状态

      
一个chunk对应md中的一个条带，在位图中一个chunk占用2B=16bit：
1. 最高一位为是否需要同步标志，标志md对应条带是否需要同步；
2. 后面一位标志指针对应条带是否正在进行同步操作；
3. 低14位是一个计数器，表示对应条带内正在进行写操作的个数，其中0、1、2为特殊中，当为3时表示有1个写操作，4时有2个写操作，以此类推。

如下图所示：
* +----------------+---------------+------------------+
* | resync  needed | resync active |     counter      |
* |       (0-1)    |     (0-1)     |  (0-16383)       |
* +----------------+---------------+------------------+


磁盘位图



其计算公式如下：
1. Bitmap->filemap 的page个数计算公式：
   Num_pages=((chunks + sizeof(bitmap_super_t)<<3 + 7) / 8) + PAGE_SIZE - 1) / PAGE_SIZE;
   这个公式表示一个page的每一个size(0-4095B)代表8个chunks，相当于一个bit代表一个chunk；
   page指向bitmap->filemap[page_index]；chunk的计算方法见内存位图部分。
2. bitmap->filemap_attr：可以用来描述bitmap->filemap[page]的状态，这里为每个page申请了4bit的内存空间，
   不过此部分计算时，最少申请的长度为unsigned long，filemap的状态有：
   BITMAP_PAGE_DIRTY=0；        //表示该bit位对应的数据已经写完，可以下刷到磁盘了
   BITMAP_PAGE_CLEAN=1；        //表示该bit位需要清除
   BITMAP_PAGE_NEEDWRITE=2；    //表示该bit刚刚被清除，数据需要向下刷


未完 -- 待续。