readahead window、buffer size、io_pages、ra_pages 这些的关系?

• buffer size 用户传入的buffer size大小

  struct file_ra_state *ra
  unsigned long max_pages = ra->ra_pages;
  /*
   * oversize read
   */
  if (req_size > max_pages)
  	goto initial_readahead;
  

• readahead window

  根据bdi→ra_pages、bdi→io_pages、buffer size等几个参数会得到一个max_pages上限值，这个值就决定了最终预读的窗口的上限(ondemand_readahead会用到这个函数)。计算公式如下:

  /*
   * Set the initial window size, round to next power of 2 and square
   * for small size, x 4 for medium, and x 2 for large
   * for 128k (32 page) max ra
   * 1-8 page = 32k initial, > 8 page = 128k initial
   */
  static unsigned long get_init_ra_size(unsigned long size, unsigned long max)
  {
  	unsigned long newsize = roundup_pow_of_two(size);
  
  	if (newsize <= max / 32)
  		newsize = newsize * 4;
  	else if (newsize <= max / 4)
  		newsize = newsize * 2;
  	else
  		newsize = max;
  
  	return newsize;
  }
  
  ra->start = offset;
  ra->size = get_init_ra_size(req_size, max_pages);
  ra->async_size = ra->size > req_size ? ra->size - req_size : ra->size;
  

  总的来说原则就是，buffer size小的时候，放大四倍，对于大一点的buffer size则是放大二倍，再大一点的就是直接用max_pages了。

• bdi→ra_pages 每一个后段设备都会有一个预读大小，如果是物理设备则可以通过sysfs接口调整，默认128KB，fuse则是通过FUSE_INIT来设置

  # s_bdi->ra_pages 默认是128K、ra_pages是fuse daemon返回的，两者取最小值，因此这@# 里最大就是128K了
  sb->s_bdi->ra_pages = (VM_MAX_READAHEAD * 1024) / PAGE_SIZE;
  fc->sb->s_bdi->ra_pages =
  				min(fc->sb->s_bdi->ra_pages, ra_pages);
  

  

  这个值影响了预读的行为，当我们通过fadvise调整预读窗口的时候，会根据bdi→ra_pages来调整，调整规则如下:

  case POSIX_FADV_NORMAL:
  		file->f_ra.ra_pages = bdi->ra_pages;
  
  case POSIX_FADV_SEQUENTIAL:
  		file->f_ra.ra_pages = bdi->ra_pages * 2;
  

• bdi→io_pages 设备最大允许的io pages大小，默认是128K，物理设置在调整sectors时会调整io pages，fuse这种虚拟设备io pages为0

  	q->backing_dev_info->io_pages = max_sectors >> (PAGE_SHIFT - 9);
  

上面四个参数决定了实际下发到后段设备的io size，算法如下:

1. 根据buffer size、max_pages、bdi→io_pages来计算最终的max_pages

   file_ra_state_init(struct file_ra_state *ra, 
   									 struct address_space *mapping)
   {
   	ra->ra_pages = inode_to_bdi(mapping->host)->ra_pages;
   	ra->prev_pos = -1;
   }
   
   struct file_ra_state *ra
   // 初始默认是128K， 物理设备可以调整ra_pages，也可以通过fadvise来调整
   unsigned long max_pages = ra->ra_pages;
   
   /*
    * If the request exceeds the readahead window, allow the read to
    * be up to the optimal hardware IO size
    */
   	if (req_size > max_pages && bdi->io_pages > max_pages)
   		max_pages = min(req_size, bdi->io_pages);
   

   可以看到当buffer size超过128K的时候，并且io_pages也大于128K的情况，最终从io_pages和buffer size两者之间取最小值，因此这里的max_pages最大不会超过io_pages的大小

2. get_init_ra_size 根据buffer size和max_pages(上面计算出来的max_pages)计算初始预读窗口大小，上限就是max_pages，根据buffer size的大小来决定，上限就是max了。

   /*
    * Set the initial window size, round to next power of 2 and square
    * for small size, x 4 for medium, and x 2 for large
    * for 128k (32 page) max ra
    * 1-8 page = 32k initial, > 8 page = 128k initial
    */
   static unsigned long get_init_ra_size(unsigned long size, unsigned long max)
   {
   	unsigned long newsize = roundup_pow_of_two(size);
   
   	if (newsize <= max / 32)
   		newsize = newsize * 4;
   	else if (newsize <= max / 4)
   		newsize = newsize * 2;
   	else
   		newsize = max;
   
   	return newsize;
   }
   

   这个点我们可以调整的就是bdi→ra_pages的值，或者是通过fadvise来调整了，可以调整max的上限值，buffer size无论多大都不影响这里的max上限，只会影响下限。对于fuse来说，bdi→ra_pages是没办法调整的，最大就是128K。原因如下:

   # s_bdi->ra_pages 默认是128K、ra_pages是fuse daemon返回的，两者取最小值，
   # 因此这里最大就是128K了
   sb->s_bdi->ra_pages = (VM_MAX_READAHEAD * 1024) / PAGE_SIZE;
   fc->sb->s_bdi->ra_pages =
   				min(fc->sb->s_bdi->ra_pages, ra_pages);