块缓冲区和块缓冲区头

本文转自：http://edsionte.com/techblog/archives/4085

在详细说明块缓冲区和块缓冲区头之前，我们先来看一下块设备中的两个基本概念：扇区和块。
扇区是块设备传输数据的基本单元，也就是说它是块设备中最小的寻址单位，扇区通常的大小为512B。块是内核对文件系统的一种抽象，也就是说内核执行的所有磁盘操作都是以块为基本单位的。可以简单的将扇区和块理解为：扇区是硬件设备传输数据的最小单位，而块是操作系统传输数据的最小单位。一个块通常对应一个或多个相邻的扇区，由于内核将块作为对文件系统操作的最小单位，因此VFS将其看作是单一的数据单元。
当内核从磁盘读入数据后或者即将写数据到磁盘时，它需要将数据写入一个缓冲区。缓冲区其实就是物理页框的一部分，因此一个物理页框可能包含一个或多个块缓冲区。根据上述描述的关系，包含磁盘数据的物理页框构造如下图：

正如上面所说，块缓冲区是页框的一部分，因此不用特别描述块缓冲区中的数据。每个块缓冲区都对应一个块缓冲区头buffer_head，他们的关系如同物理页框和物理页框描述符，前者用来存储数据，后者是对前者的属性以及控制信息的描述。块缓冲区头、块缓冲区以及页框的关系如下：

内核中使用buffer_head结构来描述缓冲区头，该结构中的部分字段解释如下：

1. struct buffer_head {
   
2. unsigned long b_state;
   
3. struct buffer_head *b_this_page;
   
4. struct page *b_page;
   
5. atomic_t b_count;
   
6. u32 b_size;
   
7. sector_t b_blocknr;
   
8. char *b_data;
   
9. struct block_device *b_bdev;
   
10. bh_end_io_t *b_end_io;
    
11. void *b_private;
    
12. struct list_head b_assoc_buffers;

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b_state：对块缓冲区状态的描述。
b_this_page：在一个页框中，可能包含多个块缓冲区。一个页框内的所有缓冲区形成循环链表，该字段指向下一个块缓冲区。
b_page：指向缓冲区所在页框的描述符。
b_size：块缓冲区大小。
b_data：当前块在作为缓冲的页框内的位置。
b_bdev：指向块设备的指针。