linux内核源码阅读之facebook硬盘加速flashcache之四

这一小节介绍一下flashcache读写入口和读写的基础实现。

首先，不管是模块还是程序，必须先找到入口，用户态代码会经常去先看main函数，内核看module_init，同样看IO流时候也要找到入口。flashcache作为一个dm_target，入口就是struct target_type 的map函数，对应的是flashcache_map函数：

1581/*
1582 * Decide the mapping and perform necessary cache operations for a bio request.
1583 */
1584int
1585flashcache_map(struct dm_target *ti, struct bio *bio,
1586	       union map_info *map_context)
1587{
1588	struct cache_c *dmc = (struct cache_c *) ti->private;
1589	int sectors = to_sector(bio->bi_size);
1590	int queued;
1591
1592	if (sectors <= 32)
1593		size_hist[sectors]++;
1594
1595	if (bio_barrier(bio))
1596		return -EOPNOTSUPP;
1597
1598	VERIFY(to_sector(bio->bi_size) <= dmc->block_size);
1599
1600	if (bio_data_dir(bio) == READ)
1601		dmc->reads++;
1602	else
1603		dmc->writes++;
1604
1605	spin_lock_irq(&dmc->cache_spin_lock);
1606	if (unlikely(sysctl_pid_do_expiry &&
1607		     (dmc->whitelist_head || dmc->blacklist_head)))
1608		flashcache_pid_expiry_all_locked(dmc);
1609	if ((to_sector(bio->bi_size) != dmc->block_size) ||
1610	    (bio_data_dir(bio) == WRITE && flashcache_uncacheable(dmc))) {
1611		queued = flashcache_inval_blocks(dmc, bio);
1612		spin_unlock_irq(&dmc->cache_spin_lock);
1613		if (queued) {
1614			if (unlikely(queued < 0))
1615				flashcache_bio_endio(bio, -EIO);
1616		} else {
1617			/* Start uncached IO */
1618			flashcache_start_uncached_io(dmc, bio);
1619		}
1620	} else {
1621		spin_unlock_irq(&dmc->cache_spin_lock);
1622		if (bio_data_dir(bio) == READ)
1623			flashcache_read(dmc, bio);
1624		else
1625			flashcache_write(dmc, bio);
1626	}
1627	return DM_MAPIO_SUBMITTED;
1628}

第1588行，dmc = ti->private，是什么时候保持的这个指针呢？看构造函数flashcache_ctr

1350     ti->split_io = dmc->block_size;
1351     ti->private = dmc;

这里对private赋值，这里还有一个额外的收获，就是1350行，这是告诉dm层将IO分发为指定大小下发到dm_target设备。所以就有了flashcache_map函数1609行判断bio->bi_size是否为block_size大小。1606行和1610行是关于黑名单管理的，用于管理哪些进程或组不使用flashcache的，这里暂且不管，有兴趣可以查看flashcache_ioctl。

为什么大小不为block_size就直接下发到磁盘呢？因为flashcache只处理block_size大小的数据，由于设置了ti->spilit_io为block_size，所以flashcache_map接收到的数据都不会超过block_size，取大的bio在dm层被拆分成最大block_size的bio下发。那么处理小块数据对flashcache来讲有什么不好呢？因为flashcache为了提高效率都在按block_size下发到磁盘，这时有小的数据块缓存，那么必须要凑齐block_size才能下发，那怎么凑齐呢，就要去磁盘里读。所以flashcache对于缓存的数据是有选择性的，那么也决定了上层了流量模型不能是小块数据，这样的话flashcache就会直接下发到磁盘，就没起到缓存的作用了。

如果是小数据块的情况，第1611行调用flashcache_inval_block将与该bio有交集的cache块全部设置为INVALID，因为不再是最新的了。然后很不幸的是，设置cache块为invalid也会失败，按直观的想法就是设置一个脏标志位不就行了吗？根据墨菲定律，我们总是会过于乐观的判断一件事情。这里先不讲这些异常处理，因为如果还没有理解正常流程是什么样的，讲异常就失去了意义。

这样我们就很快找了正常流程的读写入口，第1623行是读入口，第1625行是写入口。

这里不急于去看读写实现，先来说说flashcache采用的读写磁盘的方法。

flashcache中跟磁盘相关的读写分为以下两类：

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。

首先看第一种情况是通过flashcache_dm_io_sync_vm函数实现的：

571int
572flashcache_dm_io_sync_vm(struct cache_c *dmc, struct dm_io_region *where, int rw, void *data)
573{
574	unsigned long error_bits = 0;
575	int error;
576	struct dm_io_request io_req = {
577		.bi_rw = rw,
578		.mem.type = DM_IO_VMA,
579		.mem.ptr.vma = data,
580		.mem.offset = 0,
581		.notify.fn = NULL,
582		.client = dmc->io_client,
583	};
584
585	error = dm_io(&io_req, 1, where, &error_bits);
586	if (error)
587		return error;
588	if (error_bits)
589		return error_bits;
590	return 0;
591}

这里我们只关心dm_io的使用，并不关心其实现，因为这已经涉及到dm层的代码了。

dmc 就是flashcache在内存中的管理结构

where是读写的目标设备

rw 读写

data 对应的内存地址

我们就以flashcache_md_create中读flash_superblock为例

720	header = (struct flash_superblock *)vmalloc(512);
721	if (!header) {
722		DMERR("flashcache_md_create: Unable to allocate sector");
723		return 1;
724	}
725	where.bdev = dmc->cache_dev->bdev;
726	where.sector = 0;
727	where.count = 1;
728#if LINUX_VERSION_CODE < KERNEL_VERSION(2,6,27)
729	error = flashcache_dm_io_sync_vm(&where, READ, header);
730#else
731	error = flashcache_dm_io_sync_vm(dmc, &where, READ, header);
732#endif

第一个参数dmc，第二个参数设置设备为SSD，即cache_dev->bdev，扇区0开始，1个扇区大小，读，目的地址是header。由于flashcache_dm_io_sync_vm中第581行设置fn=NULL，所以该函数是同步的。

现在看第二类磁盘和磁盘之间交互。看函数原型：

int dm_kcopyd_copy(struct dm_kcopyd_client *kc, struct dm_io_region *from,

             unsigned num_dests, struct dm_io_region *dests,

             unsigned 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，创建在flashcache_ctr函数中

1208     r = dm_kcopyd_client_create(FLASHCACHE_COPY_PAGES, &dmc->kcp_client);
1209     if (r) {
1210          ti->error = "Failed to initialize kcopyd client\n";
1211          dm_io_client_destroy(dmc->io_client);
1212          goto bad3;
1213     }

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

小结一下，以上两类函数其实本质是一样的，调用者填写好源地址和目的地址，地址可以是内存中的也可以是设备的，填好之后就调用函数，再接着就等回调通知。就好比我们在网上购物，帐号(dm_client)登录，我们只负责填好订单（dm_io_region），具体的生产制造物流过程我不关心，我只关心门铃响(dm_kcopyd_notify_fn)的时候我要的物品都已经送上门来了。