磁盘读写过程总结+debugfs总结

本文参考~http://hi.baidu.com/_kouu/item/4e9db87580328244ef1e53d0和http://blog.yufeng.info/archives/751两篇博客，主要是对两篇内容进行总结。

普通磁盘文件的读写流程：

1.VFS：用户下发read或者write操作，然后在VFS层调用f_op->read/f_op->write

2.高速缓存：用于将磁盘的内容缓存在内存中，加速文件的读写，实际上，read，write只跟缓存打交道，只有读的数据不在缓存中，则触发读盘操作，。cache中存储inode节点信息，每个inode都内嵌一个address_space结构，维护一颗radix树，用于磁盘高速缓存的内存页面就挂在这棵树上，inode被载入内存的时候，对应的磁盘高速缓存是空的（radix树上没有页面），随着文件的读写，磁盘上的数据被载入内存，相应的内存页被挂到radix树相应位置。如果文件打开时，指定了O_DIRECT选项选项，则表示绕开磁盘高速缓存，直接与通用块层打交道（我们的测试中，选择指定O_DIRECT选项，避免缓存，为了全面观察读写操作下发的整个流程）

3.通用块层：把块设备看做由若干个扇区组成的数组空间，扇区是磁盘读写的最小单位，通过扇区号可以指定要访问的磁盘扇区。

4.IO调度器层：磁盘是通过磁头来写数据的，磁头在定位扇区的过程中需要做机械移动，相比于电和磁的传递，机械运动是非常慢速的，这也是磁盘慢的主要原因。IO调度器要做的事情就是在完成现有请求的前提下，让磁头尽可能少移动，从而提高磁盘的读写效率。最有名的就是”电梯算法“

。在IO调度器中，上层提交的bio被构造成request结构，一个request中包含一组顺序的bio，而每个物理设备会对应一个request queue，里面顺序存放着相关的request。新的bio可能被合并到request_queue中已有的request结构中，也可能生成新的request结构并插入到request_queue中。除了电梯算法，还有nono算法，也是就没有算法，先来先服务，因为现在很多块设备已经很好支持随机访问（SSD），没有必要使用电梯算法。

io调度器除了改变请求顺序，还可能延迟触发对请求的处理，因为只有当请求队列有一定数目的请求时，”电梯算法“才能发挥其功效，否则极端情况下，它将退化成先来先服务算法。

这种延迟触发请求，是通过plug/unplug来实现的。

5.设备驱动程序：

设备驱动程序要做的事就是从request_queue中取出请求，然后操作硬件设备，逐个去执行这些请求。除了处理请求，设备驱动程序还要选择IO调度算法，因为设备驱动程序是最知道设备属性的，知道用什么样的IO调度算法最合适。甚至于，设备驱动程序可以将IO调度器屏蔽掉，直接对上层bio进行处理。