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。
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
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

SylixOS磁盘高速传输

SylixOS管线模型分析

写管线创建

写管线线程

SyilxOS管线使用

参考资料

猜你喜欢