高速缓存

jack_zheng

                指数据缓冲区高速缓存。 内核通过buffer cache的内部数据缓冲区池来减少对磁盘的存取频率。高速缓冲含有最近被使用过的磁盘块的数据。
高速缓冲模块位于文件系统与块设备驱动之间。从磁盘读数据时，内核先试图从高速缓冲中读取。如果数据不在缓存中，则从磁盘读取并将其缓冲起来。要写入磁盘的数据也可被暂存与高速缓冲中，以便内核随后又试图读取它。或者数据可以延迟写入磁盘，一减少磁盘写操作频率。
1. 缓冲头部
一个缓冲区的数据与文件系统上一个逻辑磁盘块中的数据相对应。
buffer header包含：设备号、块号、指向数据区域的指针、状态
2. 缓冲池
当一个缓冲区分配给磁盘块之后，只要不是所有其他缓冲区都在更近的时间内被使用过了，它就不能让另一磁盘块使用该缓冲区。
每个缓冲区总是存在于一个散列队列中，该队列根据设备号和块号作为散列值。另外有一个空闲队列，缓冲区可以在或不在空闲队列中。
3. 缓冲区的检索
不能为同一个磁盘块分配两个缓冲区。
分配算法： getblk。读入磁盘数据时，首先获得一个空闲缓冲区，并标记为busy，把数据写入。
释放算法： brelse。将释放的缓冲区标为空闲，并放入空闲队列。唤醒那些因该缓冲区忙而睡眠的进程，也唤醒由于空闲表上没有缓冲区而睡眠的进程。
缓冲区分配的算法必须是安全的：必须使进程不永远睡眠，必须使他们最终能得到一个缓冲区。
4. 读写磁盘块
读磁盘块时： 1）进程使用getblk在高速缓冲中搜索这个磁盘块；若找到则立即返回；2）若找不到，则内核调用磁盘驱动程序，发起读请求，然后睡眠等候IO完成事件；3）磁盘驱动程序通知磁盘控制硬件，读取数据；4）磁盘控制器传回数据到缓冲区；5）IO完成，中断程序唤醒睡眠进程。这样，磁盘块内容已放入缓冲区。
breada：读块与提前读。提前读是异步的。
bwrite：写块。如果执行延迟写，则为该缓冲区做标记，使用brelese算法释放该缓冲区，并且不调度IO就继续向下执行。在被的进程可能把该缓冲区重新分配给另一个快之前，内核把该块写到磁盘上。（内核希望有进程在该缓冲区必须被写到磁盘上之前存取该块，如果那个进程后来又改变了该缓冲区内容，则内核节省了一次额外的磁盘操作）。延迟些不同于异步写，对于”延迟写“，内核尽可能长时间地推迟物理地往磁盘上写。
内核在中断处理程序中需要调用brelse。如getblk找到一个”延迟写“的缓冲区，则内核把它做好标记后，异步地写到磁盘上，由中断处理程序调用brelse释放该块到空闲表上。因此对空闲表的操作过程中需要禁止中断。
C中的fflush使数据从用户地址空间的缓冲区流转到内核。但由于"延迟写“的存在，进程不能断定数据究竟何时物理地记录到磁盘上。
               
               
               
               
               

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