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        Windows文件緩沖處理技術(shù)概述

        2018-12-21 21:23:46陳亦欣江漢大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院
        數(shù)碼世界 2018年2期
        關(guān)鍵詞:管理器磁盤驅(qū)動程序

        陳亦欣 江漢大學(xué) 數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院

        1 Windows緩存管理器

        緩存管理器是Windows系統(tǒng)中的一個組件,提供一個與I/O管理器、虛擬內(nèi)存管理器和文件系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)的數(shù)據(jù)緩沖,這個緩沖在整個操作系統(tǒng)的存儲設(shè)備上保持一致。緩存管理器把可用內(nèi)存空間分割為跟頁面一樣大的緩沖區(qū),磁盤中的數(shù)據(jù)可讀入緩沖區(qū),緩沖區(qū)數(shù)據(jù)可寫入磁盤。緩存管理器以及文件系統(tǒng)二者可互相調(diào)用,前者為后者提供一些調(diào)用,并發(fā)出IRP請求,后者則為前者注冊回調(diào)函數(shù)。

        當(dāng)有程序首次發(fā)出讀文件請求時,緩存管理器就把文件數(shù)據(jù)讀取到文件系統(tǒng)緩存之中,接著用戶態(tài)進(jìn)程把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)復(fù)制到自己的進(jìn)程空間里;而當(dāng)進(jìn)程完成了自身的工作后,數(shù)據(jù)先被寫入文件系統(tǒng)緩存,最后再由緩存管理器將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫回磁盤文件中。

        由于被緩沖文件的一切I/O請求全部需要通過緩存管理器,對于緩存管理器的策略會根據(jù)用戶態(tài)進(jìn)程的數(shù)據(jù)訪問模式的不同而進(jìn)行調(diào)整。對于一個請求讀文件的應(yīng)用程序,緩存管理器會預(yù)先將其請求之后的數(shù)據(jù)也讀入緩沖區(qū),從而使得當(dāng)應(yīng)用程序接下來請求后面的數(shù)據(jù)時可以快速響應(yīng),縮短了等待時間。對于一個請求寫文件的應(yīng)用程序,緩存管理器會將數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)并保留一段時間暫時不寫入磁盤,延遲一段時間再將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)一起寫入磁盤中。這樣就能使多個寫操作合并成為一次寫操作,更有效率,也降低了重復(fù)修改同一塊數(shù)據(jù)時對磁盤反復(fù)寫的負(fù)載。

        2 緩沖文件讀寫

        緩存管理器將文件映射到內(nèi)存中實現(xiàn)緩沖文件數(shù)據(jù)。一個由用戶態(tài)進(jìn)程發(fā)起的讀操作被I/O管理器傳遞到文件系統(tǒng)時,緩存管理器協(xié)同I/O管理器、虛擬內(nèi)存管理器和文件系統(tǒng)共同工作,流程如下:

        (1)用戶應(yīng)用程序執(zhí)行一個讀操作,它使控制被轉(zhuǎn)移到內(nèi)核中的I/O管理器中。

        (2)I/O管理器使用IRP來把一個讀請求傳遞給合適的文件系統(tǒng)驅(qū)動。

        (3)文件系統(tǒng)驅(qū)動接收到讀請求并發(fā)現(xiàn)是該讀操作是針對一個以緩沖方式打開的文件。如果緩沖尚未初始化,那么緩存管理器就會被文件系統(tǒng)驅(qū)動調(diào)用從而將其初始化。反過來,緩存管理器請求虛擬內(nèi)存管理器為被緩存的文件創(chuàng)建一個文件映射(段對象)。

        (4)文件系統(tǒng)驅(qū)動程序調(diào)用CcCopyRead將讀取請求傳遞給緩存管理器。緩存管理器此時負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩艟彌_區(qū)的一系列必要步驟。

        (5)緩存管理器檢查它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),以確定是否存在含有用戶所請求的字節(jié)范圍的文件的映射視圖。如果沒有映射視圖存在,則由緩存管理器創(chuàng)建一個。

        (6)緩存管理器從映射視圖復(fù)制數(shù)據(jù)到用戶緩沖區(qū)。

        (7)如果文件的映射視圖不在包含所需數(shù)據(jù)的物理頁中,則產(chǎn)生一個頁錯誤,且控制轉(zhuǎn)移到虛擬內(nèi)存管理器。

        (8)虛擬內(nèi)存管理器為頁錯誤分配物理頁面,它們會被用來包含被請求的數(shù)據(jù)。然后通過I/O管理器向文件系統(tǒng)驅(qū)動發(fā)出一個非緩存分頁I/O讀操作。

        (9)在接收到非緩沖的讀請求時,文件系統(tǒng)驅(qū)動程序創(chuàng)建一個相應(yīng)的I / O請求從二級存儲介質(zhì)獲取數(shù)據(jù)并將該I / O請求傳給較低層驅(qū)動程序。

        (10)文件系統(tǒng)下的設(shè)備驅(qū)動程序從二級存儲(或通過網(wǎng)絡(luò))得到數(shù)據(jù)并完成請求。

        (11)文件系統(tǒng)驅(qū)動程序完成來自虛擬內(nèi)存管理器的分頁I/O請求。

        (12)導(dǎo)致頁錯誤的指令被重新執(zhí)行。

        (13)緩存管理器完成從映射視圖到用戶緩沖區(qū)的復(fù)制操作。

        (14)緩沖數(shù)據(jù)被復(fù)制到用戶緩沖區(qū)中后,緩存管理器將控制返回給文件系統(tǒng)驅(qū)動程序。這些數(shù)據(jù)也將為緩存管理器繼續(xù)保留在虛擬地址空間里。虛擬內(nèi)存管理器能隨時將其從內(nèi)存里拋棄。

        (15)文件系統(tǒng)驅(qū)動完成由I/O管理器發(fā)送給它的原始IRP請求。

        (16)I/O管理器完成用戶原始的讀取請求。

        3 結(jié)束語

        緩沖寫操作的步驟也要依照一定的順序來滿足寫入請求,和讀操作是基本類似的。Windows操作系統(tǒng)通過文件緩沖機(jī)制大大提高了系統(tǒng)文件的讀寫相應(yīng)效率。

        [1]方旺盛等.2004.一種基于文件緩沖方式的操作大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)的方法[J]. 計算技術(shù)與自動化, 23(4).

        [2]陳煒,曹斌.基于雙緩沖文件系統(tǒng)過濾驅(qū)動技術(shù)研究[J].信息安全與技術(shù),2013,4(11):44-47.

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