MD中bitmap源代码分析--入题概述

时间:2022-10-03 16:06:08

  在MD模块中,各级raid都使用的一份bitmap的源码,也就是说共用一种bitmap的流程,下面以raid1的使用为例来分析bitmap的工作原理。

  在使用raid1磁盘阵列的时候,对于数据的可靠性有很高的要求。在写的过程中,有可能存在不稳定的因素,比如磁盘损坏、掉电/宕机、网络故障、系统故障等,这样导致写入失败,在系统恢复后,raid也需要进行恢复,如果磁盘比较大,那同步恢复的过程会很长。以raid1来说,在发生故障时,可能盘阵的数据很多都是已经一致的了,其实只有少部分不一致,所以就没必要进行全盘扫描,但是系统并不知道盘阵中哪些数据是一致的,这就需要在某个地方记录哪些是已同步的。为此,就诞生了bitmap,简单来说,bitmap就是记录raid中哪些数据是一致的,哪些是不一致的,这样在raid进行恢复的时候就不用全量同步,而是增量同步了,从而减少了恢复的时间。

  Bitmap的工作原理说来也是直截了当的,文件的内容就是一个位图。Bitmap的一个bit对应盘阵的一个chunk(数据块,默认为4KB),在盘阵数据写入前,设置该chunk对应的bit,盘阵写入完成,则清除该bit。要进行同步时,参照bitmap,只有置位的bit对应的chunk才需要进行同步,这样缩短了同步的时间,提高了效率。

  bitmap原理很明了,按照这个原理直接进行实施也是可以的,但直接这样实施的话,由于一次数据块的写入多了两次磁盘访问(bitmap的设置和清除),写入效率会受到较大影响,所以还需要考虑一些优化。优化的核心体现在两方面,具体的代码都是为了实现这两点思想:

  1bitmap设置后批量写入;

  2bitmap延时清除。

  这两方面的优化,需要在内存中构建和磁盘bitmap文件对应的数据结构,bitmap操作首先在缓存中进行,必要时才进行真正的磁盘操作。

  Bitmap分两种,一种是internal,一种是external。internal bitmap是存放在raid设备的成员盘的superblock附近(可以在之前也可以在之后),而external是单独指定一个文件用来存放bitmap。也就是说,Bitmap磁盘文件可以存储在MD设备之外,此时MD结构中的bitmap_file表示这个bitmap文件。Bitmap磁盘文件也可以存储于MD设备自身,此时bitmap相对于MD设备的超级块的位置由bitmap_offset指定。Bitmap_offset可以是负数,表示的是bitmap位于superblock之前。Bitmap相对于superblock的位置是与创建MD设备时的参数metadata相关的。例如,以下的创建MD设备命令:

    Mdadm –CR /dev/md0 –l1 –n2 /dev/sdb /dev/sdc –bitmap=internal –metadata=x –assume-clean

  在metadata=1.0时,bitmap_offset为-8,bitmap在superblock之前;在metadata=1.1时,bitmap_offset为8,bitmap在superblock之后;在metadata=1.2时,bitmap_offset为8,bitmap在superblock之后;在metadata=0.9时,从代码的注释中可知,bitmap是紧跟在superblock后面的。Internal的bitmap是存放在MD设备的superblock附近,而external是单独指定一个文件用来存放bitmap。

  Md的superblock的版本由—metadata参数指定。有四个版本的superblock:

    0.9——限制一个raid中的设备数为28个,限制组件设备大小为2TB;

    1.0——superblock存储在设备的结尾;

    1.1——superblock存储在设备的开头;

    1.2——superblock存储在设备的4K处。

  下一篇会详细分析bitmap的数据结构是如何设计,进而实现这两个优化机制的。

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参考资料:

[1] linux内核源码2.6.32

[2] MD中的bitmap 开篇  http://blog.csdn.net/qincp/article/details/4396517

[3] linux软raid的bitmap分析  http://blog.csdn.net/qincp/article/details/4396517