文件系统学习6——文件系统IO子系统的补充

￡神魔★判官ぃ 2022-03-15 12:20 237阅读 0赞

在第5小节详细讲述了文件系统IO子系统的相关特性，在阅读完第5小节的文章后，本小节给出自己的一些疑惑，并对上述的疑惑进行补充说明。

**疑惑1**：pagecache、buffer和bufferhead的区别与联系  
**说明**：  
首先需要明确的是linux系统中文件系统的缓冲区主要分为两个**page cache**和**buffer cache**，每一个 page cache 包含若干 buffer cache。

与pagecache交互的数据发起者无外乎下面三个：

*  内存管理系统和 VFS 只与 page cache 交互，**内存管理系统负责**维护每项 page cache的分配和回收，同时在使用“内存映射”方式访问时负责建立映射。
 *  **VFS** 负责 page cache 与用户空间的数据交换。
 *  **文件系统**则一般只与 buffer cache 交互，它们负责在存储设备和 buffer cache之间交换数据，具体的文件系统直接操作的就是disk部分，而具体的怎么被包装被用户使用是VFS的责任(VFS将buffer cache包装成page给用户)。

**pagecache的内部实现**  
我们知道每一个 page cache 包含若干 buffer cache。在page cache中是以页进行划分的，一个页中有N个buffer cache单元，每个buffer cache单元都对应一个存储物理块的大小。

当vfs下发的数据请求转到pagecache中时，会讲请求转换成为以buffer cache为单元的多个节点，这些节点通过一个链表来连起来。

pagecache中的相关写回操作也是以这个buffercache为单元进行的了。  
整个关系图如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTI0MTQxODk_size_16_color_FFFFFF_t_70]

**buffer head的由来**：pagecache中的每个缓冲区都由两部分组成，第一部分称为缓冲区首部，用数据结构buffer\_head表示，第二部分是真正的存储的数据。由于缓冲区首部不与数据区域相连，数据区域独立存储。因而在缓冲区首部中，有一个指向数据的指针和一个缓冲区长度的字段。

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**疑惑2**：什么是高端内存和低端内存  
**说明**：  
参考博客[谈高端内存和低端内存][Link 1]中的说明：

过去，CPU的地址总线只有32位， 32的地址总线无论是从逻辑上还是从物理上都只能描述4G的地址空间（232=4Gbit），在物理上理论上最多拥有4G内存（除了IO地址空间，实际内存容量小于4G），逻辑空间也只能描述4G的线性地址空间。

为了合理的利用逻辑4G空间，**Linux采用了3：1的策略**，即内核占用1G的线性地址空间，用户占用3G的线性地址空间。所以用户进程的地址范围从03G，内核地址范围从3G4G，也就是说，**内核空间只有1G的逻辑线性地址空间。**

如果Linux物理内存小于1G的空间，通常内核把物理内存与其地址空间做了线性映射，也就是一一映射，这样可以提高访问速度。但是，**当Linux物理内存超过1G时，线性访问机制就不够用了**，因为只能有1G的内存可以被映射，剩余的物理内存无法被内核管理，所以，为了解决这一问题，Linux把内核地址分为线性区和非线性区两部分，**线性区规定最大为896M，剩下的128M为非线性区**。从而，**线性区映射的物理内存成为低端内存，剩下的物理内存被成为高端内存**。与线性区不同，非线性区不会提前进行内存映射，而是在使用时动态映射。

从上述说明可以知道，**高端和低端内存指的都是内核空间的内存**，和用户空间的内存没有关系。

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参考博客：  
[https://blog.csdn.net/yuzhihui\_no1/article/details/46711601][Link 1]  
[https://blog.csdn.net/shanshanpt/article/details/39258373][https_blog.csdn.net_shanshanpt_article_details_39258373]

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[Link 1]: https://blog.csdn.net/yuzhihui_no1/article/details/46711601
[https_blog.csdn.net_shanshanpt_article_details_39258373]: https://blog.csdn.net/shanshanpt/article/details/39258373