目录项缓存dcache

来源：Linux-cn.com 作者：Webmaster 时间：2007-05-05 点击： [收藏] [投稿]

1. 目录项缓存dcache

　　Author:詹荣开

　　Linux用数据结构dentry来描述fs中与某个文件索引节点相链接的一个目录项(可以是文件,也可以是目录)。

　　每个dentry对象都属于下列几种状态之一：

　　（1）未使用（unused）状态：该dentry对象的引用计数d_count的值为0，但其d_inode指针仍然指向相关的的索引节点。该目录项仍然包含有效的信息，只是当前没有人引用他。这种dentry对象在回收内存时可能会被释放。

　　（2）正在使用（inuse）状态：处于该状态下的dentry对象的引用计数d_count大于0，且其d_inode指向相关的inode对象。这种dentry对象不能被释放。

　　（3）负（negative）状态：与目录项相关的inode对象不复存在（相应的磁盘索引节点可能已经被删除），dentry对象的d_inode指针为NULL。但这种dentry对象仍然保存在dcache中，以便后续对同一文件名的查找能够快速完成。这种dentry对象在回收内存时将首先被释放。

　　Linux为了提高目录项对象的处理效率，设计与实现了目录项高速缓存（dentry cache，简称dcache），它主要由两个数据结构组成：

　　1. 哈希链表dentry_hashtable：dcache中的所有dentry对象都通过d_hash指针域链到相应的dentry哈希链表中。

　　2. 未使用的dentry对象链表dentry_unused：dcache中所有处于“unused”状态和“negative”状态的dentry对象都通过其d_lru指针域链入dentry_unused链表中。该链表也称为LRU链表。

　　目录项高速缓存dcache是索引节点缓存icache的主控器（master），也即dcache中的dentry对象控制着icache中的inode对象的生命期转换。无论何时，只要一个目录项对象存在于dcache中（非negative状态），则相应的inode就将总是存在，因为inode的引用计数i_count总是大于0。当dcache中的一个dentry被释放时，针对相应inode对象的iput()方法就会被调用。

1.1 目录项对象的SLAB分配器缓存dentry_cache

　　dcache是建立在dentry对象的slab分配器缓存
　　dentry_cache（按照Linux的命名规则，似乎应该是
　　dentry_cachep，^_^）之上的。

　　因此，目录项对象的创建和销毁都应该通过kmem_cache_alloc()函数和kmem_cache_free（）函数来进行。

　　dentry_cache是一个kmem_cache_t类型的指针。它定义在dcache.c文件中：


static kmem_cache_t *dentry_cache;

　　这个slab分配器缓存是在dcache机制的初始化例程dcache_init()中通过调用函数kmem_cache_create()来创建的。

　　1.1.1 分配接口

　　dcache在kmem_cache_alloc（）的基础上定义两个高层分配接口：d_alloc()函数和d_alloc_root()函数，用来从dentry_cache slab分配器缓存中为一般的目录项和根目录分配一个dentry对象。

　　其中，d_alloc（）的实现如下：


#define NAME_ALLOC_LEN(len)	((len+16) & ~15)
struct dentry * d_alloc(struct dentry * parent, const struct qstr *name)
{
	char * str;
	struct dentry *dentry;

	dentry = kmem_cache_alloc(dentry_cache, GFP_KERNEL); 
	if (!dentry)
		return NULL;

	if (name->len > DNAME_INLINE_LEN-1) {
		str = kmalloc(NAME_ALLOC_LEN(name->len), GFP_KERNEL);
		if (!str) {
			kmem_cache_free(dentry_cache, dentry); 
			return NULL;
		}
	} else
		str = dentry->d_iname; 

	memcpy(str, name->name, name->len);
	str[name->len] = 0;

	atomic_set(&dentry->d_count, 1);
	dentry->d_flags = 0;
	dentry->d_inode = NULL;
	dentry->d_parent = NULL;
	dentry->d_sb = NULL;
	dentry->d_name.name = str;
	dentry->d_name.len = name->len;
	dentry->d_name.hash = name->hash;
	dentry->d_op = NULL;
	dentry->d_fsdata = NULL;
	INIT_LIST_HEAD(&dentry->d_vfsmnt);
	INIT_LIST_HEAD(&dentry->d_hash);
	INIT_LIST_HEAD(&dentry->d_lru);
	INIT_LIST_HEAD(&dentry->d_subdirs);
	INIT_LIST_HEAD(&dentry->d_alias);
	if (parent) {
		dentry->d_parent = dget(parent);
		dentry->d_sb = parent->d_sb;
		spin_lock(&dcache_lock);
		list_add(&dentry->d_child, &parent->d_subdirs);
		spin_unlock(&dcache_lock);
	} else
		INIT_LIST_HEAD(&dentry->d_child);

	dentry_stat.nr_dentry++;
	return dentry;
}

NOTE:

　　（1）如果文件名的长度大于15，则调用kmalloc（）函数从slab分配器中为文件名分配内存；否则将文件名拷贝到d_iname数组中，并让b_name.name指针指向d_iname。

　　（2）引用计数d_count将被初始化为1，其余成员都被初始化为NULL。

　　（3）如果父目录的dentry被给定，则设置d_parent指针指向父目录的dentry对象（因此必须通过dget函数来增加父目录dentry对象的引用计数）。并通过d_child指针域将这个dentry对象链入父目录dentry对象的d_subdirs链表。否则，将d_child初始化为指向自身。

　　（4）将dcache统计信息中的dentry对象总数nr_dentry值加1。

　　函数d_alloc_root（）用来为fs的根目录（并不一定是系统全局文件系统的根“／”）分配dentry对象。它以根目录的inode对象指针为参数，如下所示：


struct dentry * d_alloc_root(struct inode * root_inode)
{
	struct dentry *res = NULL;

	if (root_inode) {
		res = d_alloc(NULL, &(const struct qstr) { "/", 1, 0 });
		if (res) {
			res->d_sb = root_inode->i_sb;
			res->d_parent = res;
			d_instantiate(res, root_inode);
		}
	}
	return res;
}

　　（1）可以看出，首先还是必须调用d_alloc()函数来从dentry_cache slab分配器缓存中分配一个dentry对象。注意！特别之处在于d_alloc（）函数的调用参数。

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