1. SylixOS管线模型分析

    前文主要介绍了SylixOS中的块设备CACHE管理,本章主要介绍磁盘高速传输。在CAHCE回写中SyilxOS采取了两种方式,即直接回写和多管线并发回写。并发写管线通过多线程并发处理CACHE提交的写请求,实现磁盘高速传输。

    SylixOS中通过LW_DISKCACHE_WP结构体管理并发写管线,该结构体的具体内容如程序清单 1-1所示。

    程序清单 1-1

     

    typedef struct {BOOL                    DISKCWP_bExit;                      /*  是否需要退出                */BOOL                    DISKCWP_bCacheCoherence;            /*  CACHE 一致性标志            */BOOL                    DISKCWP_bParallel;                  /*  并行化读写支持              */INT                     DISKCWP_iPipeline;                  /*  写管线线程数                */INT                     DISKCWP_iMsgCount;                  /*  写消息缓冲个数              */PVOID                   DISKCWP_pvRBurstBuffer;             /*  管线缓存                    */PVOID                   DISKCWP_pvWBurstBuffer;             /*  管线缓存                    */LW_OBJECT_HANDLE        DISKCWP_hMsgQueue;                  /*  管线刷新队列                */LW_OBJECT_HANDLE        DISKCWP_hCounter;                   /*  计数信号量                  */LW_OBJECT_HANDLE        DISKCWP_hPart;                      /*  管线缓存管理                */LW_OBJECT_HANDLE        DISKCWP_hSync;                      /*  排空信号                    */LW_OBJECT_HANDLE        DISKCWP_hDev;                       /*  非并发设备锁                */LW_OBJECT_HANDLE        DISKCWP_hWThread[LW_CFG_DISKCACHE_MAX_PIPELINE];/*  管线写任务表                */
    } LW_DISKCACHE_WP;
    typedef LW_DISKCACHE_WP    *PLW_DISKCACHE_WP;

     

    DISKCWP_bExit:为LW_TRUE时,写管线线程将会退出;

    DISKCWP_bCacheCoherence:为LW_TRUE时,管线缓存将使用非缓冲的内存;

    DISKCWP_bParallel:并行化读写支持,如果不支持则需要在操作设备前调用设备锁,防止并发操作;

    DISKCWP_iPipeline:写管线线程数,为0时表示不是用并发写管线;

    DISKCWP_iMsgCount:写消息缓冲个数,最小为DCATTR_iPipeline, 可以为 DCATTR_iPipeline 的2 ~ 8 倍;

    DISKCWP_hMsgQueue:管线刷新队列,上层通过发送一个消息,发起一个写请求;

    DISKCWP_hCounter:计数信号量,用于计数当前缓冲块,发起写请求时申请,完成回写时释放;

    DISKCWP_hPart:通过定长内存管理管线缓存;

    DISKCWP_hDev:非并发设备锁;

    DISKCWP_hWThread:管线写任务表;

    DISKCWP_hSync:排空信号,用于回写完成后同步。

  2. 写管线创建

    写管线的创建通过调用__diskCacheWpCreate函数来完成,其函数原型如程序清单 1-2所示。

    程序清单 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);

     

    函数__diskCacheWpCreate原型分析:

    pdiskc:                    缓冲控制块

    pwp:                        并发写管线控制块

    bCacheCoherence:         CACHE 一致性需求

    bParallel:                并发读写支持

    iPipeline:                写管线线程数

    iMsgCount:                管线总消息个数

    iMaxRBurstSector:        读猝发长度

    iMaxWBurstSector:        写猝发长度

    ulBytesPerSector:         每扇区大小

    函数__diskCacheWpCreate根据入参创建对应的写管线,并填充相关信息到并发写管线控制控制结构体,其创建流程如下所示。

    1. 创建管线缓存

    2. 创建管线刷新队列

    3. 创建计数信号量

    4. 创建内存分区缓存管理

    5. 创建排空信号

    6. 创建非并发设备锁

    7. 创建写管线线程组

  3. 写管线线程

    写管线线程的函数原型如程序清单 1-3所示。

    程序清单 1-3

     

    static PVOID  __diskCacheWpThread (PVOID  pvArg)

     

    参数pvArg为PLW_DISKCACHE_CB类型的磁盘缓冲控制块。管线线程运行后,循环等待接收管线刷新消息。其中消息类型如程序清单 1-4所示。

    程序清单 1-4

     

    typedef struct {ULONG                   DISKCWPM_ulStartSector;             /*  起始扇区                    */ULONG                   DISKCWPM_ulNSector;                 /*  扇区数量                    */PVOID                   DISKCWPM_pvBuffer;                  /*  扇区缓冲                    */
    } LW_DISKCACHE_WPMSG;
    typedef LW_DISKCACHE_WPMSG *PLW_DISKCACHE_WPMSG;

     

    当线程接收到消息后,根据消息中的信息调用具体的硬件接口进行写操作。完成写操作后,需要释放消息中的内存块以及计数信号量和同步信号,接着进入下一次循环等待接收消息。

  4. SyilxOS管线使用

    当支持并发写管线时,可以通过调用__diskCacheWpGetBuffer函数在已初始化后的内存分区中申请一个内存块,该函数的具体实现如程序清单 2-1所示。

    程序清单 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);
    }

     

    在申请内存块前,需要先请求计数信号量,计数信号量与内存块数量相等。当内存分区中已没有剩余的内存块时,线程无法获得计数信号量进入休眠。当管线线程完成写操作后会释放接收到的内存块,并释放计数信号量,此时休眠线程成功申请信号量进入就绪态,并顺利获得内存块。

    接着需要将CACHE中的缓冲数据拷贝到内存块中,并提交一个写请求。管线线程接收到消息后进行具体的写操作和资源释放。写请求函数如程序清单 2-2所示。

    程序清单 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);
    }

     

    发起写请求后可通过调用__diskCacheWpSync函数进行写同步,该函数通过写管线控制块中的DISKCWP_hSync信号量实现同步功能。

  5. 参考资料