MD中bitmap源代码分析--设置流程

1. 同步/异步刷磁盘

　　Bitmap文件写磁盘分同步和异步两种：

　　1) 同步置位：当盘阵有写请求时，对应的bitmap文件相应bit被置位，bitmap内存页被设置了DIRTY标志。而在下发写请求给磁盘之前，必须保证bitmap文件下刷完成后才向磁盘发送写请求。这种情况需要等待写bitmap磁盘文件完成，因此是同步的。（由bitmap_unplug()完成）

　　之所以写bit要在写chunk数据之前就同步刷磁盘，因为如果写请求先下发了，而写bit在这之后刷磁盘的话，当写磁盘过程中发生故障，比如掉电，此时数据是不一致的，而磁盘的bitmap文件中由于还没来得及记录写bit在内存中置位的结果，导致之后会错误的认为数据是一致的。在通过bitmap_statrwrite()和bitmap_unplug()两步实现了bitmap中的bit批量下刷的情况下，实现了同步置位，是为了保证正确性。

　　2) 异步清零：当下发磁盘的写请求完成后，需要将bitmap内存页中相应的bit清零，然后把bitmap文件下刷。而这个过程不需要等待写bitmap磁盘文件完成，因此是异步的。（由bitmap_daemon_work()完成）

　　而清bit可以在写请求完成之后异步来做，因为就算是写失败，也不会影响正确性，只是会带来一次额外的同步。异步清零的机制好处在于，在还未清零或者内存位图清0但没有刷到磁盘的时候，又有对该页的写请求到来，就只用增加bmc计数器或者只是把内存位图置位，而不用再写到外存的位图文件中，从而减少了一次写外存位图的io。另外，异步清零也实现了bitmap中的bit批量下刷。

2. 写流程Bitmap的设置

　　在Raid1的写流程中，bitmap的设置操作主要在bitmap_statrwrite()、bitmap_unplug()、bitmap_endwrite()。

　　bitmap_statrwrite()，该函数在raid1中的make_request()中调用。在提交每个盘的bio到pending_bio_list之前调用该函数。

　　bitmap_statrwrite()的主要工作：

1. 1. 是对写请求的chunk对应bit置1；
   2. 设置对应bit的bitmap_attr为BITMAP_PAGE_DIRTY；
   3. 用*bmc来做尚未完成的写请求计数。

　　具体流程如下图所示：

 

1. 如果是延迟写，则增加延迟写计数；
2. 由于一个写操作涉及的数据段可能对应多个数据块（bitmap-chunk指定的大小），对于每个这样的数据块：

　　　　a) 获取该数据块的bitmap内存结构，即bp数组指向的内容；

　　　　b) 如果该数据块对应的counter达到最大值，说明盘阵上该数据区进行的写访问已经太多，盘阵等待太久，此时需要启动设备的队列处理；

　　　　c) 如果该数据块上没有正在进行的写操作（*bmc为0），设置filemap对应的bit，设置该bitmap页对应的bitmap_attr属性为BITMAP_PAGE_DIRTY，计数该页上有多少脏的chunk，将该数据块对应的计数*bmc直接设置为2；

　　　　d) 如果该数据块的内存位图已经置位，则将*bmc直接是设置为2；

　　　　e) 对应的bmc计数累加。

 

　　bitmap_unplug()的主要工作，遍历bitmap的所有filemap页：

1. 如果页属性为BITMAP_PAGE_DIRTY，则将该页写入磁盘，同时清除BITMAP_PAGE_DIRTY。等待写入结束后返回。
2. 如果页属性为BITMAP_PAGE_NEEDWRITE，则将该页写入磁盘，同时清除BITMAP_PAGE_NEEDWRITE。返回。

　　这里需要注意的是，如果只有BITMAP_PAGE_NEEDWRITE标记的页，是不需要等待的，因为bit的清除并不是很关键，即使这个信息丢失，最多不过是多余的同步操作而已，没有副作用。而bit的设置，则需要保证写入磁盘的“可靠”后，才能进行盘阵chunk的写入；否则在chunk数据写入磁盘时，对应的bitmap中的bit写入磁盘前，盘阵出现异常，则可能导致数据不一致而bitmap不能发觉。

bitmap_unplug()函数实现了下面两种机制：

　　实现bitmap同步刷磁盘：

1. unplug函数的执行在写下发之前进行。raid1守护进程执行flush_pending_writes()，这个流程首先调用bitmap_unplug()处理，调用generic_make_request()下发chunk数据的写请求；
2. bit写盘完全结束之后，才退出unplug函数。页属性BITMAP_PAGE_DIRTY 时，bitmap_unplug()是等待write_page()写盘完成之后才退出的。实现了bitmap同步刷磁盘，确保了数据的可靠性。

　　实现bitmap批量刷磁盘：

1. bitmap_startwrite和bitmap_unplug两步实现。bitmap_unplug要遍历所有bitmap file缓存的page，bitmap_startwrite只针对一次写操作对应的bitmap file缓存的page。

 

　　bitmap_endwrite()，写完成后，取出对应数据段的bitmap内存结构：

1. COUNT递减；
2. 如果COUNT<=2，则设置对应filemap页的BITMAP_PAGE_CLEAN属性；
3. 如果有chunk写失败，则设置对应bitmap的*bmc的NEEDED标志。表示需要同步。

　　具体的函数代码流程如下图所示：

3. 同步流程Bitmap的设置

　　bitmap_start_sync()。在chunk同步操作开始时，调用该函数。这个函数获取bitmap的内存结构：

1. 如果NEEDED标志或者RESYNC标志被设置，就认为该数据块需要同步；
2. 此时如果盘阵工作完好，则清除NEEDED标志，设置RESYNC标志；
3. 如果NEEDED和RESYNC都没有设置，则认为该数据块不需要同步。

　　bitmap_end_sync()。chunk同步完成后，调用该函数。这个函数获取bitmap的内存结构：

1. 如果RESYNC标志被设置，则清除该标志；
2. 如果同步是失败的，则设置NEED位；
3. 如果同步成功，并且COUNT<=2，则设置该页属性为BITMAP_PAGE_CLEAN，表示该页存在需要清除的bit位。

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