加入/离开page cache还涉及到如下几个函数:

page cache 和 inode

一、page cache简介

page cache，又称pcache，其中文名称为页高速缓冲存储器，简称页高缓。page cache的大小为一页，通常为4K。在linux读写文件时，它用于缓存文件的逻辑内容，从而加快对磁盘上映像和数据的访问。

二、page cache的功能详解

在从外存的一页到内存的一页的映射过程中，page cache与buffer cache、swap cache共同实现了高速缓存功能，以下是其简单映射图，

外存的一页(分解为几块，可能不连续)

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物理磁盘的磁盘块

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内存的buffer cache

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内存的一页(由一个页框划分的几个连续buffer cache构成)

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页高缓系统

在这个过程中，内存管理系统和VFS与page cache交互，内存管理系统负责维护每项page cache的分配和回收，同时在使用memory map方式访问时负责建立映射；VFS负责page cache与用户空间的数据交换。

三、page cache的管理

在Linux内核中，文件的每个数据块最多只能对应一个page cache项，它通过两个数据结构来管理这些cache项，一个是radix tree，另一个是双向链表。

Radix tree是一种搜索树，Linux内核利用这个数据结构，快速查找脏的(dirty)和回写的（writeback）页面，得到其文件内偏移，从而对page cache进行快速定位。图1是radix tree的一个示意图，该radix tree的分叉为4(22)，树高为4，用来快速定位8位文件内偏移。

另一个数据结构是双向链表，Linux内核为每一片物理内存区域(zone)维护active_list和 inactive_list两个双向链表，这两个list主要用来实现物理内存的回收。这两个链表上除了文件Cache之外，还包括其它匿名 (Anonymous)内存，如进程堆栈等。

四、page cache相关API及其实现

Linux内核中与文件Cache操作相关的API有很多，按其使用方式可以分成两类：一类是以拷贝方式操作的相关接口，如read/write/sendfile等，其中sendfile在2.6系列的内核中已经不再支持；另一类是以地址映射方式操作的相关接口，如mmap等。

第一种类型的API在不同文件的Cache之间或者Cache与应用程序所提供的用户空间buffer之间拷贝数据，其实现原理如图2所示。

第二种类型的API将Cache项映射到用户空间，使得应用程序可以像使用内存指针一样访问文件，Memory map访问Cache的方式在内核中是采用请求页面机制实现的，其工作过程如图3所示。

首先，应用程序调用mmap（图中1），陷入到内核中后调用do_mmap_pgoff（图中2）。该函数从应用程序的地址空间中分配一段区域作为映射的内存地址，并使用一个VMA（vm_area_struct）结构代表该区域，之后就返回到应用程序（图中3）。当应用程序访问mmap所返回的地址指针时（图中4），由于虚实映射尚未建立，会触发缺页中断（图中5）。之后系统会调用缺页中断处理函数（图中6），在缺页中断处理函数中，内核通过相应区域的 VMA结构判断出该区域属于文件映射，于是调用具体文件系统的接口读入相应的Page Cache项（图中7、8、9），并填写相应的虚实映射表。经过这些步骤之后，应用程序就可以正常访问相应的内存区域了。

加入/离开page cache还涉及到如下几个函数:

add_page_to_hash_queue /*加入pache cache hash表*/

add_page_to_inode_queue /*加入inode queue即address_space*/

remove_page_from_inode_queue

remove_page_from_hash_queue

__remove_inode_page /*离开inode queue和hash 表*/

remove_inode_page /*同上*/

add_to_page_cache_locked /*加入inode queue,hash 和lru cache*/

__add_to_page_cache /*同上*/

仅罗列函数add_page_to_hash_queue,以示完整:<FONT

color=green>

static void add_page_to_hash_queue(struct page * page, struct page **p)

{

struct page *next = *p;

*p = page; /* page->newNode */

page->next_hash = next; /* +-----+ */

page->pprev_hash = p; /* p--> |hashp|-->|oldNode| */

if (next) /* next----+ */

next->pprev_hash = &page->next_hash;

if (page->buffers)

PAGE_BUG(page); /*证明page 不会同时存在于page cache

和 buffer cache*/

/*2.6 已经与此不同了*/

atomic_inc(&page_cache_size);

}</FONT

page cache 和 inode

page cache 在代码中又称 inode page cache, 足以显示page cache 和inode紧密关联.加入page cache 和加入inode cache是同一个意思.加入page cache意味着同时加入page cache hash表和inode queue(也建立了page和addr sapce的关系). 见函数add_to_page_cache_locked,__add_to_page_cache即可取证.从page cache 删除在程序中叫__remove_inode_page,再次显示inode 和page cache的"一体化".