MD中bitmap源代码分析--入题概述

　　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：

　　1、bitmap设置后批量写入；

　　2、bitmap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