在使用raid1，raid5等磁盘阵列的时候，对于数据的可靠性有很高的要求，raid5在写的时候需要计算校验并写入，raid1则写源和镜像来保证数据的一致性，在写的过程中，有可能存在不稳定的因素，比如磁盘损坏，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，传统的恢复方式就是全盘扫描计算校验或者全量同步，如果磁盘比较大，那同步恢复的过程会很长，有可能再发生其他故障，这样就会对业务有比较大的影响。以raid1来说，在发生故障时，其实两块盘的数据很多都是已经一致的了，可能只有少部分不一致，所以就没必要进行全盘扫描，但是系统并不知道两块盘哪些数据是一致的，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。
1. bitmap的使用
bitmap的使用比较简单，mdadm的帮助文档里有很详细的说明。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。
这里简单的介绍一下bitmap的使用。
# mdadm –create /dev/md/test_md1 –run –force –metadata=0.9 –assume-clean –bitmap=/mnt/test/bitmap_md1 –level=1 –raid-devices=2 /dev/sdb /dev/sdcmdadm: /dev/sdb appears to be part of a raid array:
level=raid1 devices=2 ctime=Tue Dec 17 21:00:58 2013mdadm: array /dev/md/test_md1 started.查看md的状态
#cat /proc/mdstatPersonalities : [raid1]
md126 : active raid1 sdc[1] sdb[0] 2097216 blocks [2/2] [UU] bitmap: 1/257 pages [4KB], 4KB chunk, file: /mnt/test/bitmap_md1可以看到最后一行就是md126的bitmap信息，这里的默认bitmap的chunksize是4KB，可以通过–bitmap-chunk来指定bitmap chunk大小，bitmap的chunk表示在bitmap中1bit对应md设备的一个chunk（大小为bitmap的chunksize）。这里对cat /proc/mdstat查看到的bitmap的信息进行说明。总的chunk数=md设备大小/bitmap的chunk大小
内存bitmap一个page可以表示的chunk数=PAGE_SIZE*8/16
内存bitmap占的总page数=总的chunk数/内存bitmap一个page可以表示的chunk数上面给出的例子中总的chunk数为2097216KB/4KB=524304
取页大小为4096，一个page可以表示的chunk数为4096*8/16=2048总共需要524304/2048=256个page，看实际上是257，这是因为有可能不能整除的情况，最后一个page可能不是全部都使用。2. bitmap的内存结构 bitmap的结构体有比较多的字段，这里关注几个重要的字段，加以说明，便于后面的分析。struct bitmap { struct bitmap_page *bp; /* 指向内存位图页的结构*/ …… unsigned long chunks; /* 阵列总的chunk数 */ …… struct file *file; /* bitmap文件 */ …… struct page **filemap; /* 位图文件的缓存页 */ unsigned long *filemap_attr; /* 位图文件缓存页的属性 */ …… };其中struct bitmap_page结构如下：
struct bitmap_page { char *map; /* 指向实际分配的内存页*/ /* * in emergencies (when map cannot be alloced), hijack the map * pointer and use it as two counters itself */ unsigned int hijacked:1; /* * count of dirty bits on the page */ unsigned int count:31; /* 该页上有多少脏的chunk，每16bit表示一个chunk*/ };实际动态分配的每个内存页，每16bit对应bitmap file的一个bit，即表示md的一个chunk这16个bit的作用如下：15 14 13 0+————-+———-+————————————-+| needed |resync | counter |+————-+———-+————————————+
最高一位表示是否需要同步，后面一位表示是否正在同步，低14bit是counter，用来统计该chunk有多少正在进行的写io。
这14bit表示的counter记为bmc，方便后面描述。bmc的值0，1，2比较特殊，为0时表示对应chunk还未进行写操作，内存位图还未置位，bmc为1时表示内存位图已经置位，bmc为2表示所有写操作刚结束，真正的写io数是从2开始累加的。 bitmap结构中的filemap表示bitmap file的对应缓存，bitmap file有多大，对应的这个filemap缓存就有多大，在初始化的时候就分配好的。filemap_attr 表示位图文件缓存页的属性，使用4bit来表示一个缓存页的属性，真正处理BITMAP_PAGE_DIRTY是在bitmap_unplug中，对于raid1来说，bitmap_unplug是在raid1.c中的flush_pending_writes函数中调用的，而flush_pending_writes是由raid1的守护进程raid1d调用的。flush_pending_writes会调用bitmap_unplug刷新bitmap到磁盘，然后遍历conf->pending_bio_list，取出bio来处理正常挂起的写io。（在raid1的make_request中会把mbio加到conf->pending_bio_list中）
从上面的分析可知，raid1在收到写io请求时，先把内存位图置为dirty，并把该写io加到pending_list，然后raid1d守护进程会把标记为dirty的内存位图页刷到外存的位图文件中，然后从pendling_list中取出之前挂起的写io进行处理。 在刷脏页时，需要把位图文件缓存页的数据写到位图文件中，因为md是内核态的程序，在实现时并没有直接调用通常的写函数往外存的文件写数据，而是通过bmap机制，根据inode，把文件数据块和物理磁盘块映射起来，这样就可以透过文件系统，调用submit_bh进行bitmap的刷新。 上面描述的可靠刷新机制也就是bitmap设置的过程，下面分析bitmap清理的逻辑。4.bitmap位的清除 前面说到从pending_list中取出写io进行处理，当io完成后需要清除dirty的标记，会把内存位图页的属性设置为BITMAP_PAGE_PENDING，表示正要去清除，BITMAP_PAGE_PENDING属性页并不会立即刷到外存的位图文件中，而是异步清0的过程。真正的清理流程在bitmap_daemon_work中实现。这是有raid的守护进程定期执行时调用的（比如raid1d），守护进程会定期调用md_check_recovery，然后md_check_recovery会调用bitmap_daemon_work根据各种状态进行清0的操作。 bitmap_daemon_work的实现比较复杂，里面各种状态判断与转换，很容易把人绕晕，bitmap的清0（内存位图页的bit清0及刷到外存的位图文件）是需要经过3次调用bitmap_daemon_work。下面以1个bit的清理来阐述，在io完成后，在bitmap_endwrite中会把这边bit的计数器bmc会置为2（前提是这个bit对应的chunk上的写io都完成），并标记位为BITMAP_PAGE_PENDING。 1）第一次进入bitmap_daemon_work，bmc=2，页属性为BITMAP_PAGE_PENDING。 这里判断位是否为BITMAP_PAGE_PENDING，这时候bit所对应的确实是BITMAP_PAGE_PENDING，所以跳过这个判断里的处理逻辑if (!test_page_attr(bitmap, page, BITMAP_PAGE_PENDING)) {
int need_write = test_page_attr(bitmap, page,
BITMAP_PAGE_NEEDWRITE);
if (need_write)
clear_page_attr(bitmap, page, BITMAP_PAGE_NEEDWRITE);spin_unlock_irqrestore(&bitmap->lock, flags);
if (need_write)
write_page(bitmap, page, 0);
spin_lock_irqsave(&bitmap->lock, flags);
j |= (PAGE_BITS – 1);
continue;
}
接着执行后续的，
这里会判断page是否为BITMAP_PAGE_NEEDWRITE，但是这个时候的page不是BITMAP_PAGE_NEEDWRITE，所以进入else的处理，
把页标记为BITMAP_PAGE_NEEDWRITEif (lastpage != NULL) {
if (test_page_attr(bitmap, lastpage,
BITMAP_PAGE_NEEDWRITE)) {
clear_page_attr(bitmap, lastpage,
BITMAP_PAGE_NEEDWRITE);
spin_unlock_irqrestore(&bitmap->lock, flags);
write_page(bitmap, lastpage, 0);
} else {
set_page_attr(bitmap, lastpage,
BITMAP_PAGE_NEEDWRITE);
bitmap->allclean = 0;
spin_unlock_irqrestore(&bitmap->lock, flags);
}
}
继续执行，bmc为2，会把bmc设置为1，并且再设置一次BITMAP_PAGE_PENDING
![[大整数乘法] java代码实现](https://img1.php1.cn/3cd4a/24c6f/9f3/0133bb25da242824.jpeg)
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