SylixOS磁盘高速传输

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。

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。

创建管线缓存

创建管线刷新队列

创建计数信号量

创建内存分区缓存管理

创建排空信号

创建非并发设备锁

创建写管线线程组

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。

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。

参考资料

无