linux内核之页高速缓存

一/概述页高速缓存（page cache）
     1.页高速缓存是Linux内核所使用的主要磁盘高速缓存。
     2.页高速缓存中可能包含的内容：

                  a，含有普通文件数据的页；

                  b，含有目录的页；

                  c，含有直接从块设备文件读出的数据的页；

                  d，含有用户态进程数据的页；

                  e，属于特殊文件系统文件的页。

       注：内核的代码和内核数据不必从磁盘读也不必写入磁盘，因此页高速缓存中不可能有。

二/页高速缓存的组织
        1.页高速缓存的核心数据结构是address_space对象，它是一个嵌入在页所有者的索引节点对象中的数据结构。
页描述符的struct address_space* mapping 字段指向address_space,unsigned long index 标志存放所有者的
磁盘映像中页中数据的位置。
       2.如果页属于一个文件，那么页的所有者就是文件的索引节点，而且相应的address_space对象存放在VFS索引
节点对象的i_data字段中。索引节点的i_mapping 字段指向同一个索引节点的i_data字段，而address_space
对象的host字段也指向这个索引节点。
       3.address_space对象的关键字段是a_ops，它指向一个类型为address_space_operations的表，表中定义了对所有
者的页进行各种操作的方法。

1. struct address_space {

          struct inode *host; /* owner: inode, block_device */

          struct radix_tree_root page_tree; /* radix tree of all pages */

          spinlock_t tree_lock; /* and lock protecting it */

          unsigned int i_mmap_writable;/* count VM_SHARED mappings */

          struct prio_tree_root i_mmap; /* tree of private and shared mappings */

          struct list_head i_mmap_nonlinear;/*list VM_NONLINEAR mappings */

          spinlock_t i_mmap_lock; /* protect tree, count, list */

          unsigned int truncate_count; /* Cover race condition with truncate */

          unsigned long nrpages; /* number of total pages */

          pgoff_t writeback_index;/* writeback starts here */

          const struct address_space_operations *a_ops; /* methods */

          unsigned long flags; /* error bits/gfp mask */

          struct backing_dev_info *backing_dev_info; /* device readahead, etc */

          spinlock_t private_lock; /* for use by the address_space */

          struct list_head private_list; /* ditto */

          struct address_space *assoc_mapping; /* ditto */

   } __attribute__((aligned(sizeof(long))));

       4.每个address_space对象对应一颗搜索树，address_space对象的page_tree字段是基树（radix tree）的根，
它指向所有者的页描述符的指针。

三/页高速缓存的处理函数
1.查找页：a,find_get_page()//以指向address_space对象的指针和偏移量为参数，返回改页的地址或NULL
                 b,find_lock_page()//与上类似，只是可以让调用者互斥的访问返回的页。
2.增加页：add_to_page_cache()//把一个新页的描述符插入到页高速缓存。参数：页描述符的地址page,
address_space对象的地址mapping,表示地址空间内页索引值的offset，为基树分配新节点时所使用的内存
分配标志gfp_mask。
3.删除页：remove_from_page_cache()
4.更新页：read_cache_page()。

四/把块放在页高速缓存中
       1.VFS和各种文件系统以叫做块的逻辑单位组织磁盘数据。所以一个页中存放有几个块，那么如何找到页中相应的
块呢？每个块缓冲区都有buffer_head类型的缓冲去首部描述符，该描述符包含内核必须了解的有关如何处理块
的所有信息。
      2.缓冲区首部的管理

一个页包含多个块缓冲，每个块缓冲都有缓存器首部管理，而每个页描述符中包含多个缓冲区首部。这样就完成

块缓冲区的管理。