MD中bitmap源代碼分析--設置流程

1. 同步/異步刷磁盤

　　Bitmap文件寫磁盤分同步和異步兩種：

　　1) 同步置位：當盤陣有寫請求時，對應的bitmap文件相應bit被置位，bitmap內存頁被設置了DIRTY標誌。而在下發寫請求給磁盤以前，必須保證bitmap文件下刷完成後才向磁盤發送寫請求。這種狀況須要等待寫bitmap磁盤文件完成，所以是同步的。（由bitmap_unplug()完成）

　　之因此寫bit要在寫chunk數據以前就同步刷磁盤，由於若是寫請求先下發了，而寫bit在這以後刷磁盤的話，當寫磁盤過程當中發生故障，好比掉電，此時數據是不一致的，而磁盤的bitmap文件中因爲還沒來得及記錄寫bit在內存中置位的結果，致使以後會錯誤的認爲數據是一致的。在經過bitmap_statrwrite()和bitmap_unplug()兩步實現了bitmap中的bit批量下刷的狀況下，實現了同步置位，是爲了保證正確性。

　　2) 異步清零：當下發磁盤的寫請求完成後，須要將bitmap內存頁中相應的bit清零，而後把bitmap文件下刷。而這個過程不須要等待寫bitmap磁盤文件完成，所以是異步的。（由bitmap_daemon_work()完成）

　　而清bit能夠在寫請求完成以後異步來作，由於就算是寫失敗，也不會影響正確性，只是會帶來一次額外的同步。異步清零的機制好處在於，在還未清零或者內存位圖清0但沒有刷到磁盤的時候，又有對該頁的寫請求到來，就只用增長bmc計數器或者只是把內存位圖置位，而不用再寫到外存的位圖文件中，從而減小了一次寫外存位圖的io。另外，異步清零也實現了bitmap中的bit批量下刷。

2. 寫流程Bitmap的設置

　　在Raid1的寫流程中，bitmap的設置操做主要在bitmap_statrwrite()、bitmap_unplug()、bitmap_endwrite()。

　　bitmap_statrwrite()，該函數在raid1中的make_request()中調用。在提交每一個盤的bio到pending_bio_list以前調用該函數。

　　bitmap_statrwrite()的主要工做：

1. 1. 是對寫請求的chunk對應bit置1；
   2. 設置對應bit的bitmap_attr爲BITMAP_PAGE_DIRTY；
   3. 用*bmc來作還沒有完成的寫請求計數。

　　具體流程以下圖所示：

 

1. 若是是延遲寫，則增長延遲寫計數；
2. 因爲一個寫操做涉及的數據段可能對應多個數據塊（bitmap-chunk指定的大小），對於每一個這樣的數據塊：

　　　　a) 獲取該數據塊的bitmap內存結構，即bp數組指向的內容；

　　　　b) 若是該數據塊對應的counter達到最大值，說明盤陣上該數據區進行的寫訪問已經太多，盤陣等待過久，此時須要啓動設備的隊列處理；

　　　　c) 若是該數據塊上沒有正在進行的寫操做（*bmc爲0），設置filemap對應的bit，設置該bitmap頁對應的bitmap_attr屬性爲BITMAP_PAGE_DIRTY，計數該頁上有多少髒的chunk，將該數據塊對應的計數*bmc直接設置爲2；

　　　　d) 若是該數據塊的內存位圖已經置位，則將*bmc直接是設置爲2；

　　　　e) 對應的bmc計數累加。

 

　　bitmap_unplug()的主要工做，遍歷bitmap的全部filemap頁：

1. 若是頁屬性爲BITMAP_PAGE_DIRTY，則將該頁寫入磁盤，同時清除BITMAP_PAGE_DIRTY。等待寫入結束後返回。
2. 若是頁屬性爲BITMAP_PAGE_NEEDWRITE，則將該頁寫入磁盤，同時清除BITMAP_PAGE_NEEDWRITE。返回。

　　這裏須要注意的是，若是隻有BITMAP_PAGE_NEEDWRITE標記的頁，是不須要等待的，由於bit的清除並非很關鍵，即便這個信息丟失，最多不過是多餘的同步操做而已，沒有反作用。而bit的設置，則須要保證寫入磁盤的「可靠」後，才能進行盤陣chunk的寫入；不然在chunk數據寫入磁盤時，對應的bitmap中的bit寫入磁盤前，盤陣出現異常，則可能致使數據不一致而bitmap不能發覺。

bitmap_unplug()函數實現了下面兩種機制：

　　實現bitmap同步刷磁盤：

1. unplug函數的執行在寫下發以前進行。raid1守護進程執行flush_pending_writes()，這個流程首先調用bitmap_unplug()處理，調用generic_make_request()下發chunk數據的寫請求；
2. bit寫盤徹底結束以後，才退出unplug函數。頁屬性BITMAP_PAGE_DIRTY 時，bitmap_unplug()是等待write_page()寫盤完成以後才退出的。實現了bitmap同步刷磁盤，確保了數據的可靠性。

　　實現bitmap批量刷磁盤：

1. bitmap_startwrite和bitmap_unplug兩步實現。bitmap_unplug要遍歷全部bitmap file緩存的page，bitmap_startwrite只針對一次寫操做對應的bitmap file緩存的page。

 

　　bitmap_endwrite()，寫完成後，取出對應數據段的bitmap內存結構：

1. COUNT遞減；
2. 若是COUNT<=2，則設置對應filemap頁的BITMAP_PAGE_CLEAN屬性；
3. 若是有chunk寫失敗，則設置對應bitmap的*bmc的NEEDED標誌。表示須要同步。

　　具體的函數代碼流程以下圖所示：

3. 同步流程Bitmap的設置

　　bitmap_start_sync()。在chunk同步操做開始時，調用該函數。這個函數獲取bitmap的內存結構：

1. 若是NEEDED標誌或者RESYNC標誌被設置，就認爲該數據塊須要同步；
2. 此時若是盤陣工做無缺，則清除NEEDED標誌，設置RESYNC標誌；
3. 若是NEEDED和RESYNC都沒有設置，則認爲該數據塊不須要同步。

　　bitmap_end_sync()。chunk同步完成後，調用該函數。這個函數獲取bitmap的內存結構：

1. 若是RESYNC標誌被設置，則清除該標誌；
2. 若是同步是失敗的，則設置NEED位；
3. 若是同步成功，而且COUNT<=2，則設置該頁屬性爲BITMAP_PAGE_CLEAN，表示該頁存在須要清除的bit位。

 

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