一、块设备的操作的处理体系结构

1.VFS（虚拟文件系统）

VFS位于块设备的处理体系结构的上层，提供一个通用的文件模型。VFS和块设备的关系见Linux2.6设备管理
系统调用的服务例程调用一个合适的VFS函数，将文件描述符和文件内的偏移量传递给它。

2.磁盘高速缓存

VFS函数确定所请求的数据是否已经存在磁盘高速缓存中，若存在，就没有必须访问磁盘上的数据了。

3.映射层（块设备文件系统）

（1）把文件拆分成大小相同的块，每一个块都有一个逻辑号
（2）访问文件的磁盘节点，根据每一块的逻辑块号，确定这块数据的在磁盘上的位置

4.通用块层

（1）内核利用通用块层启动I/O操作来传送所请求的数据。
每个I/O操作只针对一组连续的块，由一个bio结构描述
由于所请求的数据不一定在相邻的块中，所以可能启动多次I/O操作
（2）gendisk是一个由通用块层处理的逻辑块设备。
通常一个gendisk对应一个硬件块设备，如硬盘、软盘、光盘。
gendisk也可以是一个虚拟设备，建立在几个磁盘分区之上
不管理gendisk是什么，借助于通用块层提供的服务，可以以同样的方式工作在所有的gendisk上。
（3）向通用块层提交一个I/O请求的通用操作
分配一个新的bio描述符，并初始化
获取与gendisk相关的块设备驱动程序的请求队列q
将bio插入q队列

5.I/O调度程序层

（1）当内核组件要读写一些磁盘数据时，创建一个块设备请求。请求中描述所请求的扇区和操作类型
（2）通过I/O调度策略（见(4)），把物理介质上相邻的数据请求聚在一起，减少不必须的寻道时间，提高效率
当请求传送一个新的数据块时，内核检查能否通过稍微扩展前一个处于等待状态的请求而满足要求
（3）每个块设备驱动程序都维持着自己的请求队列，对每个队列上单独执行I/O调度，可以提高磁盘的性能。
（4）I/O调度策略
预期算法：是最后期限算法的演变，最后期限算法中读的优先级较高，而预期算法写的优先级更高
最后期限算法：电梯策略可能会对某个请求忽略很长一段时间，最后期限算法保证这些请求得到满足
完全公平队列算法CFQ：确保在触发I/O请求的所有进程中公平分配磁盘的I/O带宽，通常把同一进程的请求放插入同一队列
Noop算法：没有排序队列，简单的FIFO后LIFO
电梯算法：优先处理与上一个所处理的请求最近的要求

6.块设备驱动程序

驱动程序向磁盘控制器发送适当的命令，进行实际的数据传输。
一个驱动程序可能处理几个块设备
每个块设备驱动程序都维持着自己的请求队列

7.硬件设备

二、数据管理的基本单位

1.扇区

扇区是硬件设备传送数据的基本单位。
扇区大小是512KB

2.块

块是VFS文件系统、映射层传送和存储数据的基本单位。文件和磁盘都被看作拆分成几个块。
块的大小必须是2的幂，不超过一个页框，是扇区大小的整数倍
块的大小不是唯一的，比如：512、1024、2048、4096
同一个磁盘上的几个分区可能使用不同大小的块

3.段

段是块设备驱动程序传输数据的单位
一个段是一个内存页或内存页的一部分，它包含磁盘上相邻的扇区

4.页

硬件高速缓存作用于磁盘数据上的页，每页正好装在一个页框中

5.扇区、块、段、页