一个IO的传奇一生（14）—— Linux中的MD开源RAID（2）

浏览数：12 / 时间：2015年06月20日

续《一个IO的传奇一生（13）—— Linux中的MD开源RAID（1）》

4.6 make_request函数说明

函数原型：static int make_request (request_queue_t *q, struct bio * bi)

参数：*q，请求队列

*bi，IO请求数据结构

各个RAID Level的IO请求函数相同，但是他们的实现是不一样的。RAID1中make_request（）函数的主要功能是将上层的bio分发到底层驱动中去，但是，RAID5中的函数并没有实现这样的功能，其主要实现的功能如下：

1. 通过raid5_compute_sector（）函数得到逻辑块号所对应的实际物理块号，另外还得到了RAID磁盘阵列中所对应的数据盘索引和校验盘索引。

2. 通过get_active_stripe（）函数得到一个stripe，如果在stripe的hash表中无法找到sector对应的条带，那么就从inactive_list中分配一个stripe，如果没有多余的条带，那么整个操作无法进行。如果能够得到一个active的stripe，那么将输入的bio直接挂接到active_stripe上。

3. 调用handle_stripe（）函数实现真正的IO读写请求操作。

从上面的分析可以看出，RAID5的make_request（）函数实际上实现了条带（stripe）的查找/申请和bio请求数据结构的挂接事情。真正的读写操作由handle_stripe（）实现。

4.7 sync_request函数说明

Sync_request（）这个函数是RAID5的同步处理函数。

该函数注册到md的mdk_personality_s结构体下的sync_request中。

因此，在md_do_sync（）函数中可以采用如下方法来调用RAID5的同步处理函数：

mddev->pers->sync_request(mddev, j, currspeed < sysctl_speed_limit_min);

在分析md_check_recovery（）这个函数的时候，我们可以看到，当需要做数据同步或者数据恢复的时候，md_check_recovery（）是需要调用md_do_sync（）过程的。

函数原型：static int sync_request (mddev_t *mddev, sector_t sector_nr, int go_faster)

输入参数： *mddev，md设备

Sector_nr，起始扇区

go_faster，需不需要延迟操作

返回值：这一次完成的扇区数目

4.8 raid5d函数说明

这是RAID5的守护线程，该函数在RAID5初始化的时候被注册：

mddev->thread = md_register_thread(raid5d, mddev, "%s_raid5");

在守护线程运行的一开始会调用md_check_recovery（），通过该函数来检查存储是否有故障，如果有故障，那么调用md_do_sync（）函数。md_do_sync（）函数实际上是不会完成具体同步工作的，它会调用相应级别的RAID同步处理函数sync_request（）去实现具体功能。

Raid5d（）守护线程是一个while(1)的死循环，他的退出条件是：list_empty(&conf->handle_list)。即当handle_list为空的情况下，raid5d退出睡眠。

Raid5d（）守护线程从handle_list中得到active stripe，然后调用handle_stripe（）函数对该stripe进行处理。

Handle_stripe（）处理完之后，该stripe又被挂接到不活动的list（inactive list）上。

4.9 两个IO读写回调函数说明

RAID5中有两个请求结束回调函数，他们为：

1、raid5_end_read_request（）

2、raid5_end_write_request（）

这两个回调函数在generic_make_request（）的时候被注册到bio中。

Raid5_end_read_request（）函数实现如下功能：

u 清除IO请求标志：R5_LOCKED

u 如果数据有效（update），那么设置数据有效标记：R5_UPTODATE

u 如果数据读写错误，那么调用md_error（），需要recovery。

u 设置stripe的handle_list标记，STRIPE_HANDLE，说明要让Raid5d（）调用handle_stripe进行处理

Raid5_end_write_request（）函数实现如下功能：

u 清除IO请求标记：R5_LOCKED

u 如果写发生错误（uptodate == 0），那么调用md_error（），需要recovery。

u 设置stripe的标记STRIPE_HANDLE，说明要让raid5d（）调用handle_stripe（）进行处理。

4.10 出错函数error说明

error（）函数是RAID5出错处理函数，其被注册到mdk_personality_t的error_handler函数上，所以在MD驱动程序中当出现IO读写错误的时候，直接调用md_error（）函数即可。

在raid5.c文件中，有两个地方调度md_error（），他们是raid_end_read_request（）和raid_end_write_request（）这两个回调函数。当读写I/O错误的时候，回调函数就会调用md_error（），然后设置相应的标志位，进行recovery操作。

函数原型：static void error(mddev_t *mddev, mdk_rdev_t *rdev)

参数： *mddev，md设备的数据结构

*rdev，具体出错的设备

4.11 list链表处理函数release_stripe说明

release_stripe（）函数封装了_release_stripe（）。因此，讨论_release_stripe（）。

函数原型：static inline void __release_stripe(raid5_conf_t *conf, struct stripe_head *sh)

参数：*conf，RAID5私有数据结构体

*sh，需要处理的stripe

该函数实现了handle_list，delayed_list和inactive_list链表之间的转换关系处理。

首先需要讲一下几个重要的状态标记：

1、 STRIPE_PREREAD_ACTIVE：该标记为预读标记，当RAID5 进行IO写的时候需要进行该标记的判断，即在读的第一阶段需要判断该标记。实际上根据字面意思也知道，在写操作的时候需要一个pre_read过程，即读操作的第一个步骤。

2、 STRIPE_DELAYED：该标记为延迟处理标记，该标记有效时，release_stripe（）函数会将list挂接到delayed_list中。

从上面的分析中，我们可以看到写操作的第一个步骤是一个pre_read的过程，并且是一个延迟操作的过程。延迟操作往往需要等到handle_list中的stripe处理完成之后，再从delayed_list挂接到handle_stripe中。因为在写操作的第一阶段需要置Wantread标记，调度一个读操作，那么STRIPE_PREREAD_ACTIVE标记必须有效。而该标记的设置在raid5_activate_delayed（）函数中实现。该函数的调用又需要等到handle_list为空（raid5d（）中实现）。这个过程可以描述成如下流程：

Release_stripe（）函数执行过程：

1、当STRIPE_HANDLE标记有效的时候，可以将stripe挂接到handle_list或者delayed_list上，否则这个stripe将会被挂接到inactive_list上。

2、当STRIPE_DELAYED标记有效的时候，stripe将会被挂接到delayed_list上，实现一个延迟处理。否则，stripe将会被挂接到handle_list上。

3、挂接到handle_list或者delayed_list上之后，调用md_wakeup_thread（conf->mddev->thread）函数唤醒守护进程。

5、RAID5 中I/O读写方法

RAID5中I/O的读写操作由make_request发起，该函数被注册到mdk_personality_s结构的make_request函数中，当操作系统调用make_request_fn函数进行块设备读写操作的时候，直接调用make_request()函数实现相应功能。

在RAID1的make_request函数中直接将上层的bio分发下去，实现IO读写操作，但是在RAID5中的实现方法有所不同，其调用了handle_stripe函数实现读写操作。

RAID5中实现IO读写操作的函数主要有：

1、 make_request（）。该函数传递上层发送的IO请求

2、 handle_stripe（）。实现IO读写请求的主干函数

3、 generic_make_request（）。发送IO请求至底层驱动程序

4、 raid5_end_read_request（）。读操作结束回调函数

5、 raid5_end_write_request（）。写操作结束回调函数

6、 release_stripe（）。Sh挂接至handle_list处理函数

7、 raid5d（）。守护线程

I/O写操作过程：

写操作过程历经如下函数调用过程：

读取数据过程：

Make_request（）-> handle_stripe（）->generic_make_request（）底层驱动工作…

计算/写数据过程：

Raid5_end_read_request（）-> release_stripe（）-> raid5d ()-> handle_stripe（）底层驱动工作…

结束写过程：

Raid5_end_write_request（）->release_stripe（）->raid5d（）->handle_stripe（）

具体的IO写过程参考handle_stripe（）写过程分析。

I/O读操作过程：

IO读过程比较简单，其经历的函数调用过程如下：

调度一个读过程：

Make_request（）-> handle_stripe（）-> generic_make_request（）底层驱动工作…

从page缓存中拷贝数据：

Raid5_end_read_request（）-> release_stripe（）-> raid5d（）-> handle_stripe（）

具体的分析可以参考handle_stripe（）读过程分析。

6、几个list的关系及数据挂接关系

RAID5中涉及的几个list：

1、 handle_list：这个list中的stripe需要分发执行

2、 delayed_list：这个list中的stripe延迟分发执行

3、 inactive_list：这个list中的stripe为不活动的条带

当需要进行一个IO操作的时候，首先要获取一个active stripe（get_active_stripe（）函数实现），这个stripe可以从hash表中找到，当找不到的时候，可以从inactive_list中请求一个（get_free_stripe（）函数实现）。当handle_stripe（）函数将stripe处理完毕之后，release_stripe（）函数又将stripe放入inactive_list。

几个list的挂接关系可以基本描述如下：

7、错误处理数据恢复方法

RAID需要进行IO的出错处理。在RAID5这个级别可以纠正由于一个磁盘故障导致的错误，在raid驱动中通过error（）函数来报错，然后通过md_check_recovery（）函数来检错，通过md_do_sync（）、sync_request（）函数来纠错。他的运行机制和相互之间的逻辑关系又是怎样的呢？