flashcache-3-底层存储模块

2017-05-24

flashcache中跟底层存储模块分为以下两类：

1）磁盘跟内存的交互

2）磁盘跟磁盘之前的交互

比如说读不命中时就是直接从磁盘读，属于第1种情况，那读命中呢？也是属于第1种情况，不过这时候是从SSD读。磁盘跟磁盘之间交互是用于写脏数据，将SSD中脏cache块拷贝到磁盘上去。现在介绍下两种情况使用的接口函数，这样后面在看读写流程时看到这两个函数就十分亲切了，并且清楚地知道数据是从哪里流向哪里。

底层存储调用的两种方法

对于情况1

主要是两个函数dm_io_async_bvec和flashcache_dm_io_async_vm。

dm_io_async_bvec 在文件flashcache_main.c中

#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,6,22)
int dm_io_async_bvec(unsigned int num_regions, 
#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,6,26)
		     struct dm_io_region *where, 
#else
		     struct io_region *where, 
#endif
		     int rw, 
		     struct bio *bio, 
		     io_notify_fn fn, 
		     void *context)
{
	struct dm_io_request iorq;
	iorq.bi_rw = rw;
#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(3,14,0)
	iorq.mem.type = DM_IO_BIO;
	iorq.mem.ptr.bio = bio;	
#else
	iorq.mem.type = DM_IO_BVEC;
	iorq.mem.ptr.bvec = bio->bi_io_vec + bio->bi_idx;
#endif
	iorq.notify.fn = fn;
	iorq.notify.context = context;
	iorq.client = flashcache_io_client;
	return dm_io(&iorq, num_regions, where, NULL);
}
#endif

flashcache_dm_io_async_vm在文件flashcache_subr.c中

#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(2,6,22)
int 
flashcache_dm_io_async_vm(struct cache_c *dmc, unsigned int num_regions, 
#if LINUX_VERSION_CODE < KERNEL_VERSION(2,6,26)
			  struct io_region *where, 
#else
			  struct dm_io_region *where, 
#endif
			  int rw,
			  void *data, io_notify_fn fn, void *context)
{
	unsigned long error_bits = 0;
	int error;
	struct dm_io_request io_req = {
		.bi_rw = rw,
		.mem.type = DM_IO_VMA,
		.mem.ptr.vma = data,
		.mem.offset = 0,
		.notify.fn = fn,
		.notify.context = context,
		.client = flashcache_io_client,
	};
	error = dm_io(&io_req, 1, where, &error_bits);
	if (error)
		return error;
	if (error_bits)
		return error_bits;
	return 0;
}
#endif

上面两个函数都使用struct dm_io_request 来包装了请求，其中的只有两种请求的类型是不一样的，第一个函数对应的是DM_IO_BVEC，第二个函数是DM_IO_VMA。

其实我开始一直不明白，为什么要使用这两个函数让硬盘与内存打交道，不过后来看了dm_io发现其中的io服务类型有多种不同类型，这两个函数的调用分别对应不同的io类型。下面先看一下dm_io相关的数据结构。

dm_io

以上种方法都调用了更底层的dm_io函数，dm-io为device mapper提供同步或者异步的io服务。

使用dm-io必须设置dm_io_region结构（2.6.26版本以前叫io_region），该结构定义了io操作的区域，读一般针对一个dm_io_region区，而写可以针对一组dm_io_region区。

//2.6.26版本以后
struct dm_io_region {
    struct block_device *bdev;
    sector_t sector;
    sector_t count;         /* If this is zero the region is ignored. */
};
//2.6.26版本以前
struct io_region {
  struct block_device *bdev;
  sector_t sector;
  sector_t count;
};

Dm-io 可以从一个io_region中读取或者写入到一个或者多个io_region中去。一个io_region结构数组指定了写入到多个区域。

dm_io_mem_type类型

dm-io一共有四种dm_io_mem_type类型（老一点的内核版本只有前面三种，Flashcache主要使用DM_IO_BVEC）:

enum dm_io_mem_type {
    DM_IO_PAGE_LIST,/* Page list */
    DM_IO_BVEC,     /* Bio vector */
    DM_IO_VMA,      /* Virtual memory area */
    DM_IO_KMEM,     /* Kernel memory */
};
struct dm_io_memory {
    enum dm_io_mem_type type;
    union {
            struct page_list *pl;
            struct bio_vec *bvec;
            void *vma;
            void *addr;
    } ptr;
    unsigned offset;
};

Dm-io 提供同步和异步I/O服务。老一点的内核它提供了3种I/O服务，每种服务都有一个同步和一个异步的版本。

DM_IO_PAGE_LIST

第一个I/O服务类型使用了一串内存页作为缓冲区，伴随着一个首页面的偏移。

struct page_list {
  struct page_list *next;
  struct page *page;
};
int dm_io_sync(unsigned int num_regions, struct io_region *where, int rw,
              struct page_list *pl, unsigned int offset,
              unsigned long *error_bits);
int dm_io_async(unsigned int num_regions, struct io_region *where, int rw,
               struct page_list *pl, unsigned int offset,
               io_notify_fn fn, void *context);

DM_IO_BVEC

第二种I/O服务类型把一组bio载体当着I/O的数据缓冲。如果调用者提前拼装了bio，这个服务可以很顺利地完成。但是需要将不同的bio页指向不同的设备。

int dm_io_sync_bvec(unsigned int num_regions, struct io_region *where,
                   int rw, struct bio_vec *bvec,
                   unsigned long *error_bits);
int dm_io_async_bvec(unsigned int num_regions, struct io_region *where,
                    int rw, struct bio_vec *bvec,
                    io_notify_fn fn, void *context);

DM_IO_VMA

第三种I/O服务类型把一个指向虚拟动态内存缓冲区的的指针当作I/O的数据缓冲。如果调用者需要在很大的块设备上进行I/O操作又不想分配大量的个人内存页，那么这种服务可以胜任。

int dm_io_sync_vm(unsigned int num_regions, struct io_region *where, int rw,
                 void *data, unsigned long *error_bits);
int dm_io_async_vm(unsigned int num_regions, struct io_region *where, int rw,
                  void *data, io_notify_fn fn, void *context);

异步I/O服务的调用者必须包含一个完成的回调函数和一个指向一些这个I/O内容数据的指针。

typedef void (io_notify_fn)(unsigned long error, void context);

这个”error”参数，就像这个”*error”参数在任何同步版本中一样，在这个回调函数中就象一个位集合（而不是一个简单的错误值）。

在写I/O到多个目标区域的情况下，这个位集合允许dm-io说明在每个单独的区域上的成功或者失败。
在使用任何dm-io服务之前，用户必须调用dm_io_get()、同时指定他们想要的页数来执行I/O.
DM-io将尝试着更改自己的内存池的大小来确认在执行i/o时为了避免不必要的等待而有足够的页面来供给。
当用户完成了使用I/O服务，他们将调用dm_io_put(),并指定和给dm_io_get()的相同数量的页面。

dm-io通过dm_io_request结构来封装请求的类型，如果设置了dm_io_notify.fn则是异步IO，否则是同步IO。

struct dm_io_request {
    int bi_rw;                      /* READ|WRITE - not READA */
    struct dm_io_memory mem;        /* Memory to use for io */
    struct dm_io_notify notify;     /* Synchronous if notify.fn is NULL */
    struct dm_io_client *client;    /* Client memory handler */
};

使用dm_io服务前前需要通过dm_io_client_create函数（在2.6.22版本前是dm_io_get）先创建dm_io_client结构，为dm-io的执行过程中分配内存池。使用dm-io服务完毕后，则需要调用dm_io_client_destroy函数（在2.6.22版本前是dm_io_put）释放内存池。

struct dm_io_client {
    mempool_t *pool;
    struct bio_set *bios;
};

在flashcache中，首先在flashcache_conf.c文件中的flashcache_init函数中使用flashcache_io_client = dm_io_client_create()新建，然后再在dm_io_async_bvec等函数中将flashcache_io_client传给struct dm_io_request iorq的client成员。

dm-io函数执行具体的io请求。

int dm_io(struct dm_io_request *io_req, unsigned num_regions,
      struct dm_io_region *where, unsigned long *sync_error_bits)
{
    int r;
    struct dpages dp;
    r = dp_init(io_req, &dp);
    if (r)
            return r;
    if (!io_req->notify.fn)
            return sync_io(io_req->client, num_regions, where,
                           io_req->bi_rw, &dp, sync_error_bits);
    return async_io(io_req->client, num_regions, where, io_req->bi_rw,
                    &dp, io_req->notify.fn, io_req->notify.context);
}

对于情况2

磁盘跟磁盘之前的交互。这种情况只用于将ssd中脏块写入disk中。

1
2
3

int dm_kcopyd_copy(struct dm_kcopyd_client *kc, struct dm_io_region *from,
                   unsigned int num_dests, struct dm_io_region *dests,
                   unsigned int flags, dm_kcopyd_notify_fn fn, void *context)

第一个参数dm_kcopyd_client，在使用kcopyd异步拷贝服务时，必须先创建一个对应的client，首先要分配“kcopyd客户端”结构，调用函数如下：

kcopyd_client_create(FLASHCACHE_COPY_PAGES, &flashcache_kcp_client);

创建dm_kcopyd_client结构(在flashcache_conf.c文件中的flashcache_init函数中使用)。

第二个参数dm_io_region是源地址，第四个参数是目的地址，定义如下
struct dm_io_region {
struct block_device bdev;
sector_t sector;
sector_t count; / If this is zero the region is ignored. */
};
dm_kcopyd_notify_fn fn是kcopyd处理完请求的回调函数
context 是回调函数参数，在flashcache都设置对应的kcached_job。

本文总阅读量次

本文由 Yu Zhang 发表于 Yu Zhang's Blog ,采用署名-非商业性使用-禁止演绎 3.0进行许可。
非商业转载请注明作者及出处。商业转载请联系作者本人。