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概要

ファイルのRead処理ではファイルを後ろの方へシーケンシャルに読んでいくことが多いため、LinuxカーネルはファイルのあるブロックをReadすると、指定されたブロックから先のブロックもまとめてReadする(先読み)ようになっている。これには、以下のようなメリットがある。

• ファイルはディスク上に連続ブロックに配置されている可能性が高いため、ディスクヘッドの動きを小さくなりI/Oが効率化できる。
• ディスクへのI/O回数をまとめることでI/Oが効率化できる。
• 先にデータを読み込んで置くことで、アプリケーションが頻繁にI/O待ちしなくて済むようになる。

基本動作

Read Ahead動作では、Current windowとAhead windowの2種類のWindowを管理する(図1)。Current windowはアプリケーションがReadしている領域で、Ahead windowはRead I/Oを行っている領域。Current WindowとAhead Windowは隣接しており、アプリケーションのReadがAhead windowに到達すると、Ahead windowがCurrent windowになり(*1)、新しいAhead windowが作成されてRead I/Oが開始される。

実装

page_cache_readahead(*mapping, *ra, *filp, offset, req_size)

先読みを行なう大元のルーチン。
mappingで指定されるファイルのアドレス空間のoffsetページからreq_sizeページの先読みを行う。

通常のシーケンシャルリードの場合は、先読みした結果、Current WindowからAhead Windowに到達した場合、make_ahead_window()で新しいAhead Windowが作成されて、この領域に対してRead I/Oが発行される。

page_cache_readahead()の処理の概要

/* 前回の先読みからシーケンシャルなアクセスになっているかチェック */
sequential = (offset == ra->prev_page + 1);
ra->prev_page = offset;

/* Read Aheadを行う最大のページ数(128kb分) */
max = get_max_readahead(ra);
/* 先読みするサイズを決定 */
newsize = min(req_size, max);
:
/* どこまで先読みしたかを保存 */
ra->prev_page += newsize - 1;

if (sequential && ra->size == 0) {
    /* ファイルへの初回アクセス時の処理 */
    :
    goto out;
}
if (!sequential) {
    /* ランダムアクセス時の処理 */
    ra_off(ra);  /* Read AheadをDisable */
    blockable_page_cache_readahead(mapping, filp, offset,
                                   newsize, ra, 1);
    goto out;
}

/* 以下はReadAheadの基本ケースの処理 */

/* ahead windowがまだ作成されていなければ
 * 作成してI/O開始。
 */
if (ra->ahead_start == 0) {
    if (!make_ahead_window(mapping, filp, ra, 0))
        goto out;
}

/* current windowを読みきって、ahead windowに到達したら
 * 現在のahead windowをcurrent windowにして
 * make_ahead_window()で新しいahead windowを作成。
 * ahead windowのRead I/Oも開始される。
 */
if (ra->prev_page >= ra->ahead_start) {
    ra->start = ra->ahead_start;
    ra->size = ra->ahead_size;
    make_ahead_window(mapping, filp, ra, 0);
}
out:
    return ra->prev_page + 1;

make_ahead_window(*mapping, *filp, *ra, force)


blockable_page_cache_readahead(*mapping, *filp, offset, nr_to_read, block)

read_pages(*mapping, *filp, *pages, nr_pages)