Linux inode cache機制實現在fs／inode.c文件中。
1．1．Inode的slab分配器緩存 索引節點緩存（inode cache，簡稱icache）機制的實現是以inode對象的slab分配器緩存為基礎的，因此要從物理內存中申請或釋放一個inode對象，都必須通過kmem_cache_alloc()函數和kmem_cache_free()函數來進行。 Inode對象的slab分配緩存由一個kmem_cache_t類型的指針變量inode_cachep來定義。這個slab分配器緩存是在inode cache的初始化函數inode_init（）中通過kmem_cache_create()函數來創建的。 Linux在inode.c文件中又定義了兩個封裝函數，來實現從inode_cachep slab分配器緩存中分配一個inode對象或將一個不再使用的inode對象釋放給slab分配器，如下所示： #define alloc_inode() \ ((strUCt inode *) kmem_cache_alloc(inode_cachep, SLAB_KERNEL)) static void destroy_inode(struct inode *inode) { if (!list_empty(&inode->i_dirty_buffers)) BUG(); kmem_cache_free(inode_cachep, (inode)); }
1．2 和inode對象相關的一些底層操作 源文件inode.c中實現了一些對inode對象的底層基本操作，如下： （1）clean_inode()——初始化部分inode對象成員域 該函數用來將一個剛從inode_cachep slab分配器中分配得到的inode對象中的某些成員初始化為已知的值（通常為0），但是有一個例外，既鏈接數i_nlink被初始化為1。這是一個靜態的靜態內部函數，因此它只能被inode.c中的其他函數所調用，如：get_empty_inode()和get_new_inode()。 /* * This just initializes the inode fields * to known values before returning the inode.. * * i_sb, i_ino, i_count, i_state and the lists have * been initialized elsewhere.. */ static void clean_inode(struct inode *inode) { static struct address_space_operations empty_aops; static struct inode_operations empty_iops; static struct file_operations empty_fops; memset(&inode->u, 0, sizeof(inode->u)); inode->i_sock = 0; inode->i_op = &empty_iops; inode->i_fop = &empty_fops; inode->i_nlink = 1; ／＊ NOTE！i_nlink被初始化為1 ＊／ atomic_set(&inode->i_writecount, 0); inode->i_size = 0; inode->i_generation = 0; memset(&inode->i_dquot, 0, sizeof(inode->i_dquot)); inode->i_pipe = NULL; inode->i_bdev = NULL; inode->i_data.a_ops = &empty_aops; inode->i_data.host = inode; inode->i_mapping = &inode->i_data; } （2）get_empty_inode()——從slab分配器中分配一個空的inode對象 該函數通過調用alloc_inode宏從slab分配器中分配一個inode對象，然後把除了I_count引用計數和鏈接計數I_nlink之外的所有域都初始化為NULL（部分域的初始化通過調用clean_inode函數來完成），並將這個inode對象鏈入inode_in_use鏈表中。最後返回這個inode對象的指針，如下所示： struct inode * get_empty_inode(void) { static unsigned long last_ino; struct inode * inode; inode = alloc_inode(); if (inode) { spin_lock(&inode_lock); inodes_stat.nr_inodes++; list_add(&inode->i_list, &inode_in_use); inode->i_sb = NULL; inode->i_dev = 0; inode->i_ino = ++last_ino; inode->i_flags = 0; atomic_set(&inode->i_count, 1); inode->i_state = 0; spin_unlock(&inode_lock); clean_inode(inode); } return inode; } Linux內核模塊通常並不會調用這個函數來分配一個inode對象。那些想獲取一個沒有索引節點號的inode對象的內核模塊（如網絡層等），以及那些沒有任何已知信息的fs，通常會用這個函數來獲取一個新的inode對象。 (3) clear_inode（）——清除一個inode對象中的內容 在調用destroy_inode（）函數釋放一個inode對象之前，通常調用該函數來清除該inode對象中內容，如：使inode引用的緩沖區無效、解除對其它對象的引用等。 /** * clear_inode - clear an inode * @inode: inode to clear * * This is called by the filesystem to tell us * that the inode is no longer useful. We just * terminate it with extreme prejudice. */ void clear_inode(struct inode *inode) { if (!list_empty(&inode->i_dirty_buffers)) invalidate_inode_buffers(inode); if (inode->i_data.nrpages) BUG(); if (!(inode->i_state & I_FREEING)) BUG(); if (inode->i_state & I_CLEAR) BUG(); wait_on_inode(inode); if (IS_QUOTAINIT(inode)) DQUOT_DROP(inode); if (inode->i_sb && inode->i_sb->s_op && inode->i_sb->s_op->clear_inode) inode->i_sb->s_op->clear_inode(inode); if (inode->i_bdev) { bdput(inode->i_bdev); inode->i_bdev = NULL; } inode->i_state = I_CLEAR; }
1．3 icache數據結構 Linux通過在inode_cachep slab分配器緩存之上定義各種雙向鏈表來實現inode緩存機制，以便有效地管理內存inode對象。這些鏈表包括：正在使用的inode鏈表、未使用的inode鏈表、inode哈希鏈表和匿名inode的哈希鏈表，他們的定義如下： static LIST_HEAD(inode_in_use); static LIST_HEAD(inode_unused); static struct list_head *inode_hashtable; static LIST_HEAD(anon_hash_chain); /* for inodes with NULL i_sb */ 此外，每個超級塊對象super_block中還有一條被修改過的、且正在使用的inode雙向鏈表s_dirty。 每一個inode對象都會存在於兩個分離的雙向鏈表中： （1）一個就是inode哈希鏈表inode_hashtable，用來加快inode查找，每個inode對象都通過I_hash指針鏈入哈希鏈表中。 （2）另一個就是inode的“類型”鏈表： l 如果I_count>0、I_nlink>0且該inode不髒，則這個inode就通過其I_list指針鏈入系統全局的inode_in_use雙向鏈表。 l 如果I_count和I_nlink都大於0，但是這個inode為髒（既I_state域中設置了I_DIRTY標志），則這個inode通過I_list指針鏈入他所屬的super_block對象的s_dirty鏈表。 l 如果I_count＝0，則通過其I_list鏈入inode_unused鏈表。 對於那些不屬於任何超級塊對象（即I_sb＝NULL）的匿名inode對象，則通過I_hash指針鏈入系統全局的匿名inode哈希鏈表anon_hash_chain。
1．3．1 對inode緩存鏈表的鎖保護 Linux在inode.c中定義了自旋鎖inode_lock，來實現對所有inode緩存鏈表的互斥訪問。也即，任何訪問任意一條inode緩存鏈表的代碼段，都必須通過調用spin_lock()函數持有該自旋鎖，並在結束訪問後通過spin_unlock()釋放該自旋鎖。Inode_lock的定義如下： Spinlock_t inode_lock＝SPIN_LOCK_UNLOCKED； NOTE！如果要改變一個正在使用的inode對象的I_state域，也必須先持有該自旋鎖。
1．3．2 inode緩存的統計信息 全局變量inodes_stat定義了inode cache的統計信息，主要包括cache中的inode對象總數和其中未使用的inode個數，其定義如下： struct { int nr_inodes; int nr_unused; int dummy[5]; } inodes_stat;
1．3．3 inode哈希鏈表 inode哈希鏈表的主要用途是加快在icache中查找一個特定的inode對象。指針inode_hashtable指向一組哈希鏈表表頭，所有哈希函數值（記為h）相同的inode對象都通過I_hash指針作為接口組成雙向鏈表，並掛在inode_hashtable［h］這個哈希鏈表表頭之後。所有哈希鏈表表頭都放在一起組成一個數組，該數組的首地址由指針inode_hashtable所指向。 在Linux中，inode哈希鏈表表頭數組是存放在2order個連續的物理頁幀中的，其中，order≥1，且它的值與系統總的物理頁幀數num_physpages的值相關。因此，哈希鏈表表頭的個數為：2order＊PAGE_SIZE／sizeof（struct list_head）。由於list_head結構類型的大小是8個字節（2個32位指針），因此：inode哈希鏈表表頭的個數可以表示為：2（order+12-3）。 1 哈希鏈表的初始化 inode cache的初始化工作是由inode_init()函數來完成的,它主要完成兩項工作:(1)inode哈希鏈表的初始化,包括為inode哈希鏈表表頭數組分配物理內存等；（2）創建inode slab分配器緩存。該函數的源代碼如下： /* * Initialize the hash tables. */ void __init inode_init(unsigned long mempages) { struct list_head *head; unsigned long order; unsigned int nr_hash; int i; ／＊計算order的值，但是我不知道為什麼要這樣計算？：） ＊／ mempages >>= (14 - PAGE_SHIFT); mempages *= sizeof(struct list_head); for (order = 0; ((1UL
