BDI writeback髒頁回寫

注：本文分析基於3.10.0-693.el7核心版本，即centos 7.4

bdi(backing device info)，備用儲存裝置，最常見的就是硬碟儲存裝置。這類裝置相對於記憶體來說，其讀寫速度非常慢，差別在兩個數量級，因此為了提高系統整體效能，linux系統引入了cache作為緩衝，最近用到的資料臨時儲存在記憶體裡，減少對慢速bdi裝置的操作。但這就需要在一定的時機把這些資料同步回bdi裝置，一來記憶體畢竟小，無法存放太多資料，二來記憶體裡的資料容易丟失，比如機器異常宕機或重啟。進行週期性回寫工作的機制就是writeback，在3.10核心上由workqueue來進行實際的回寫工作。原先由乙個pdflush程序統管所有磁碟的髒頁回寫，在磁碟數量多時很容易出現io瓶頸，採用workquene來回寫，相當於公升級為多執行緒，提高了io吞吐量。

核心為了管理好bdi裝置，專門為此建立了對應的結構體，

struct backing_dev_info 
;

其中，work_list任務鍊錶存放的就是所有需要writeback的work，所有需要回寫的髒頁都會封裝成wb_writeback_work，並提交到該鍊錶。

/*
* passed into wb_writeback(), essentially a subset of writeback_control
*/struct wb_writeback_work 
;

封裝writeback work時還會標記回寫的緣由，是週期回寫或是後台回寫亦或是手動刷快取。其中的list就是用於掛接到backing_dev_info中work_list鍊錶。

而wb_writeback_work中實際工作佇列和操作的inode則由存放在struct bdi_writeback上，

struct bdi_writeback 
;

對於各個結構體的關係，可以移步《bdi各個結構體關係》，通過圖表更容易理解它們之間的關係，以及扮演的角色。

在核心初始化時，會建立乙個bdi_wq工作佇列，用於管理所有bdi裝置的writeback工作，同時建立乙個預設的default bdi結構，

static
int __init default_bdi_init
(void
)int
bdi_init
(struct backing_dev_info *bdi)
static
void
bdi_wb_init
(struct bdi_writeback *wb,
struct backing_dev_info *bdi)

可見最終執行髒頁回寫的就是在bdi_writeback_workfn函式中。

bdi子系統使用workqueue機制進行資料回寫，其通過bdi_queue_work提交具體的writeback任務，也就是回寫請求(wb_writeback_work)掛到bdi_wq佇列上。

static
void
bdi_queue_work
(struct backing_dev_info *bdi,
struct wb_writeback_work *work)
//將回寫任務wb_writeback_work掛到任務佇列work_list中
list_add_tail
(&work->list,
&bdi->work_list)
;//啟動工作佇列開始處理回寫任務
mod_delayed_work
(bdi_wq,
&bdi->wb.dwork,0)
;out_unlock:
spin_unlock_bh
(&bdi->wb_lock)
;}

該情況下不提交任務，只啟動writeback工作佇列，主要發生在寫操作路徑。

static
void
bdi_wakeup_thread
(struct backing_dev_info *bdi)

觸發writeback的地方主要有以下幾處，

sync->
syscall_define0
(sync)
->
sync_inodes_one_sb->
sync_inodes_sb->
bdi_queue_work

這個和手動執行sync類似，只不過sync是針對所有superblock，而syncfs是針對某個superblock，因此呼叫路徑類似。

syscall_define1
(syncfs,
int, fd)
->
sync_filesystem->
__sync_filesystem->
sync_inodes_sb->
bdi_queue_work

free_more_memory->
wakeup_flusher_threads->
__bdi_start_writeback->
bdi_queue_work

__alloc_pages_nodemask->
__alloc_pages_slowpath->
__alloc_pages_direct_reclaim->
__perform_reclaim->
try_to_free_pages->
do_try_to_free_pages->
wakeup_flusher_threads->
__bdi_start_writeback->
bdi_queue_work

該路徑不提交writeback任務，只啟動writeback工作佇列

ext4_file_write->
ext4_file_dio_write->
__generic_file_aio_write->
generic_file_buffered_write->
generic_perform_write->
balance_dirty_pages_ratelimited->
balance_dirty_pages->
bdi_start_background_writeback->
bdi_wakeup_thread

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