SylixOS磁盤高速傳輸

時間 2019-12-04

標籤 sylixos 磁盤高速傳輸简体版

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SylixOS管線模型分析

前文主要介紹了SylixOS中的塊設備CACHE管理，本章主要介紹磁盤高速傳輸。在CAHCE回寫中SyilxOS採起了兩種方式，即直接回寫和多管線併發回寫。併發寫管線經過多線程併發處理CACHE提交的寫請求，實現磁盤高速傳輸。緩存

SylixOS中經過LW_DISKCACHE_WP結構體管理併發寫管線，該結構體的具體內容如程序清單 1-1所示。多線程

程序清單 1-1併發

typedef struct {
    BOOL                    DISKCWP_bExit;                      /*  是否須要退出                */
    BOOL                    DISKCWP_bCacheCoherence;            /*  CACHE 一致性標誌            */
    BOOL                    DISKCWP_bParallel;                  /*  並行化讀寫支持              */
    
    INT                     DISKCWP_iPipeline;                  /*  寫管線線程數                */
    INT                     DISKCWP_iMsgCount;                  /*  寫消息緩衝個數              */
    
    PVOID                   DISKCWP_pvRBurstBuffer;             /*  管線緩存                    */
    PVOID                   DISKCWP_pvWBurstBuffer;             /*  管線緩存                    */
    
    LW_OBJECT_HANDLE        DISKCWP_hMsgQueue;                  /*  管線刷新隊列                */
    LW_OBJECT_HANDLE        DISKCWP_hCounter;                   /*  計數信號量                  */
    LW_OBJECT_HANDLE        DISKCWP_hPart;                      /*  管線緩存管理                */
    LW_OBJECT_HANDLE        DISKCWP_hSync;                      /*  排空信號                    */
    LW_OBJECT_HANDLE        DISKCWP_hDev;                       /*  非併發設備鎖                */
    LW_OBJECT_HANDLE        DISKCWP_hWThread[LW_CFG_DISKCACHE_MAX_PIPELINE];
                                                                /*  管線寫任務表                */
} LW_DISKCACHE_WP;
typedef LW_DISKCACHE_WP    *PLW_DISKCACHE_WP;

DISKCWP_bExit：爲LW_TRUE時，寫管線線程將會退出；函數

DISKCWP_bCacheCoherence：爲LW_TRUE時，管線緩存將使用非緩衝的內存；spa

DISKCWP_bParallel：並行化讀寫支持，若是不支持則須要在操做設備前調用設備鎖，防止併發操做；線程

DISKCWP_iPipeline：寫管線線程數，爲0時表示不是用併發寫管線；接口

DISKCWP_iMsgCount:寫消息緩衝個數，最小爲DCATTR_iPipeline, 能夠爲 DCATTR_iPipeline 的2 ~ 8 倍；隊列

DISKCWP_hMsgQueue：管線刷新隊列，上層經過發送一個消息，發起一個寫請求；ip

DISKCWP_hCounter：計數信號量，用於計數當前緩衝塊，發起寫請求時申請，完成回寫時釋放；內存

DISKCWP_hPart：經過定長內存管理管線緩存；

DISKCWP_hDev：非併發設備鎖；

DISKCWP_hWThread：管線寫任務表；

DISKCWP_hSync：排空信號，用於回寫完成後同步。

寫管線建立

寫管線的建立經過調用__diskCacheWpCreate函數來完成，其函數原型如程序清單 1-2所示。

程序清單 1-2
```
INT   __diskCacheWpCreate(PLW_DISKCACHE_CB  pdiskc,
                          PLW_DISKCACHE_WP  pwp, 
                          BOOL              bCacheCoherence,
                          BOOL              bParallel,
                          INT               iPipeline, 
                          INT               iMsgCount,
                          INT               iMaxRBurstSector,
                          INT               iMaxWBurstSector,
                          ULONG             ulBytesPerSector);
```
函數__diskCacheWpCreate原型分析：

pdiskc：                    緩衝控制塊

pwp：                        併發寫管線控制塊

bCacheCoherence：         CACHE 一致性需求

bParallel：                併發讀寫支持

iPipeline：                寫管線線程數

iMsgCount：                管線總消息個數

iMaxRBurstSector：        讀猝發長度

iMaxWBurstSector：        寫猝發長度

ulBytesPerSector：         每扇區大小

函數__diskCacheWpCreate根據入參建立對應的寫管線，並填充相關信息到併發寫管線控制控制結構體，其建立流程以下所示。
1. 建立管線緩存
2. 建立管線刷新隊列
3. 建立計數信號量
4. 建立內存分區緩存管理
5. 建立排空信號
6. 建立非併發設備鎖
7. 建立寫管線線程組
寫管線線程

寫管線線程的函數原型如程序清單 1-3所示。

程序清單 1-3
```
static PVOID  __diskCacheWpThread (PVOID  pvArg)
```
參數pvArg爲PLW_DISKCACHE_CB類型的磁盤緩衝控制塊。管線線程運行後，循環等待接收管線刷新消息。其中消息類型如程序清單 1-4所示。

程序清單 1-4
```
typedef struct {
    ULONG                   DISKCWPM_ulStartSector;             /*  起始扇區                    */
    ULONG                   DISKCWPM_ulNSector;                 /*  扇區數量                    */
    PVOID                   DISKCWPM_pvBuffer;                  /*  扇區緩衝                    */
} LW_DISKCACHE_WPMSG;
typedef LW_DISKCACHE_WPMSG *PLW_DISKCACHE_WPMSG;
```
當線程接收到消息後，根據消息中的信息調用具體的硬件接口進行寫操做。完成寫操做後，須要釋放消息中的內存塊以及計數信號量和同步信號，接着進入下一次循環等待接收消息。

SyilxOS管線使用

當支持併發寫管線時，能夠經過調用__diskCacheWpGetBuffer函數在已初始化後的內存分區中申請一個內存塊，該函數的具體實現如程序清單 2-1所示。

程序清單 2-1

PVOID  __diskCacheWpGetBuffer (PLW_DISKCACHE_WP  pwp, BOOL bRead)
{
    PVOID  pvRet;

    if (bRead) {
        return  (pwp->DISKCWP_pvRBurstBuffer);
    }

    if (pwp->DISKCWP_iPipeline == 0) {
        return  (pwp->DISKCWP_pvWBurstBuffer);
    }
    
    if (API_SemaphoreCPend(pwp->DISKCWP_hCounter, LW_OPTION_WAIT_INFINITE)) {
        _BugHandle(LW_TRUE, LW_TRUE, "diskcache pipeline error!\r\n");
    }
    
    pvRet = API_PartitionGet(pwp->DISKCWP_hPart);
    _BugHandle((pvRet == LW_NULL), LW_TRUE, "diskcache pipeline error!\r\n");
    
    return  (pvRet);
}

在申請內存塊前，須要先請求計數信號量，計數信號量與內存塊數量相等。當內存分區中已沒有剩餘的內存塊時，線程沒法得到計數信號量進入休眠。當管線線程完成寫操做後會釋放接收到的內存塊，並釋放計數信號量，此時休眠線程成功申請信號量進入就緒態，並順利得到內存塊。

接着須要將CACHE中的緩衝數據拷貝到內存塊中，並提交一個寫請求。管線線程接收到消息後進行具體的寫操做和資源釋放。寫請求函數如程序清單 2-2所示。

程序清單 2-2

INT  __diskCacheWpWrite (PLW_DISKCACHE_CB  pdiskc,
                         PLW_BLK_DEV       pblkdDisk,
                         PVOID             pvBuffer,
                         ULONG             ulStartSector,
                         ULONG             ulNSector)
{
    LW_DISKCACHE_WPMSG  diskcwpm;
    PLW_DISKCACHE_WP    pwp = &pdiskc->DISKC_wpWrite;

    if (pwp->DISKCWP_iPipeline == 0) {
        return  (pdiskc->DISKC_pblkdDisk->BLKD_pfuncBlkWrt(pblkdDisk, 
                                                           pvBuffer,
                                                           ulStartSector,
                                                           ulNSector));
    }
    
    diskcwpm.DISKCWPM_ulStartSector = ulStartSector;
    diskcwpm.DISKCWPM_ulNSector     = ulNSector;
    diskcwpm.DISKCWPM_pvBuffer      = pvBuffer;
    
    API_MsgQueueSend2(pwp->DISKCWP_hMsgQueue, &diskcwpm, 
                      sizeof(LW_DISKCACHE_WPMSG), LW_OPTION_WAIT_INFINITE);

    return  (ERROR_NONE);
}

發起寫請求後可經過調用__diskCacheWpSync函數進行寫同步，該函數經過寫管線控制塊中的DISKCWP_hSync信號量實現同步功能。