1. データ構造

1.1 bio

ブロックI/Oはstruct bio構造体で管理される。ブロックI/O処理部は上位(Buffer,PageCache等)からどのようなI/Oを行うかをbioで受け取る。ブロックI/O処理部はbioをI/O Requestに変換してElevator(I/Oスケジューラ)に入れる。

フィールド	説明
bi_sector	I/Oを行う領域の先頭セクタ番号
bi_next	bioのリスト。ブロックI/Oが既存のRequestにマージされていく時にチェーンされていく。
bi_dev	I/Oを行うブロックデバイスの構造体へのポインタ
bi_rw	I/OがRead/Writeかを示す。ビットマップになっており、同期I/Oか非同期I/Oかの情報も持つ。
bi_vcnt	bi_io_vecに格納されているエントリ数
bi_size	I/Oの合計サイズ(Byte) この値を512で割ってセクタ数を求めている。
bi_max_vecs	bi_io_vecに確保されている領域のエントリ数。 (1,4,16,64,128,BIO_MAX_PAGESのいずれか)
bi_io_vec	I/O対象のページを指すリスト。struct bio_vecの配列になっている。ここで指定されたページとの間で、ブロックデバイスとデータがRead/writeされる。
bi_end_io	I/O完了時に呼び出されるハンドラ

フィールド	説明
bv_page	ページのアドレス
bv_len	データ長
bv_offset	データ開始位置のページ内のオフセット

1.2 Request

bioはElevatorに投入される時に、Requestに変換される。一つのRequestは物理的に連続セクタのI/O要求となる。Requestとbioの関連を図2に示す。

新規にRequestが作られた場合1Requestに1つのbioしかないが、Requestがマージされていくと、bioはチェーンされていく。

フィールド	説明
sector	I/Oを行う開始セクタ番号
nr_sector	I/Oを行うセクタ数
current_nr_sectors	現在処理中のbio_vec内でのセクタ数。
hard_sector	次にI/Oが完了するセクタの番号。 I/Oが完了するとblk_recalc_rq_sectors()で更新されていく。
hard_nr_sectors	I/Oが完了していないセクタの数。 I/Oが完了するとblk_recalc_rq_sectors()で更新されていく。
hard_cur_sectors	現在処理中のbio_vec内での、I/Oが完了していない残りセクタ数。
bio	bioのリスト。
biotail	bioのリストの最後のbio
buffer	Read/Write用バッファのアドレス。

2. RequestQueueのPlug/Unplug

ブロックI/O処理部はI/O RequestをElevatorに投入する際、RequestQueueをPlug(封鎖)/Unplugする。PlugすることでI/Oを細切れで実行しないで、少しため込みElevator内でRequestが効率化されやすくしている。Unplugすると、RequestQueueにたまっていたRequestをデバイスに発行する。

Plugする契機:

• RequestをElevatorに入れようとした時、Elevatorが空だった(__make_request())

Unplugする契機:

• RequestをElevatorに入れた時に、RequestQueue内のRequest数が一定数を越えていた(elv_insert())
• Plugされてから一定時間経過した(blk_unplug_timeout())

3. 関連関数

3.1 I/O発行関連

submit_bio(rw, bio)

generic_make_request()

/*
 * パーティションサイズのチェック
 */

do {
    /* デバイスのRequestQueue(bdev->bd_disk->queue)取得 */
    q = bdev_get_queue(bio->bi_bdev);
    :
    ret = q->make_request_fn(q, bio);  // (*1)
} while (ret);

__make_request()

if (barrier || elv_queue_empty(q))
    goto get_rq;

/* 既にElevatorにあるRequestにマージできないかチェック */
el_ret = elv_merge(q, &req, bio);
switch (el_ret) {
case ELEVATOR_BACK_MERGE:  /* 既存RequestにBackMerge可  */
    if (!q->back_merge_fn(q, req, bio))
        break;

    /* Requestのマージ
     *   Requestのbiotailにbioを追加
     *   セクタ数を加算
     */

    /* マージしたことでさらに次のRequestと
     * マージしようとする */
    if (!attempt_back_merge(q, req))
        /* マージが無理ならさっき行ったマージ分をElevatorに通知 */
        elv_merged_request(q, req);
    goto out;

case ELEVATOR_FRONT_MERGE: /* 既存RequestにFrontMerge可 */
  if (!q->front_merge_fn(q, req, bio))
        break;

    /* Requestのマージ
     *   Requestのbioリストの先頭に追加
     *   データの格納アドレスを更新
     *   セクタ数を加算
     */

    if (!attempt_front_merge(q, req))
        elv_merged_request(q, req);
    goto out;

default:
    /* マージできないので新規Requestを作成して投入 */
    ;
}

get_rq:
/*
 * bioからRequestを作成する
 */
req = get_request_wait(q, rw, bio);

init_request_from_bio(req, bio);

/* Elevatorが空ならRequestQueueをPlug(封鎖)して
 * Requestが細切れで発行されないようにする。
 */
if (elv_queue_empty(q))
    blk_plug_device(q);

/* ElevatorにRequestを投入 */
add_request(q, req);

out:
    /* 同期I/OならRequestQueueをUnplugして
     * すぐにI/Oを実行させる
     */
    if (sync)
        __generic_unplug_device(q);
    return 0;

3.2 Plug関連

blk_plug_device()


generic_unplug_device()

• RequestQueueのQUEUE_FLAG_PLUGGEDをクリア
• デバイスドライバのRequest実行ルーチン(q->request_fn())を呼び出してI/Oを実行

blk_unplug_timeout()


blk_unplug_work()


blk_queue_plugged()

[関連ページ]
I/Oスケジューラ