Linux内核态如何高效读取Flash存储 (linux内核态读取flash)
随着数字化时代的到来，存储设备对于计算机的重要性日益显著。随着数据量不断增大，Flash存储作为一种高效、可靠的存储器，在各种场景中被广泛使用。而Flash存储之所以能够高效读取，离不开这一关键技术。
一、Flash存储简介
Flash存储是指一种无需电源保持数据的存储技术。由于Flash存储的快速读写速度和持久性，它被广泛应用于移动设备、音频设备、工业自动化设备、智能家居设备等领域。
Flash存储器可以分为两种类型：基于NAND和基于NOR。在NOR Flash存储器中，每一个地址点对应一位数据，而在NAND Flash存储器中，一堆字节被合并成页面，然后组成数据块。同时，每一页中的字节可以单独编程，因此NAND Flash存储器比NOR Flash存储器更快。
二、基于内部DMA控制器的Flash存储读取
为了充分发挥Flash存储读写的优势，在Linux内核态，一种基于内部DMA控制器的Flash存储读取方法则被广泛使用。
其主要原理是在Flash控制器硬件上设置DMA引擎，在Flash设备驱动程序在内核模式下运行时，将数据传输直接从控制器芯片中转移到内存中，使用CPU完成。此时，CPU无需进行任何操作，因为数据直接从Flash控制器移动到内存端口，提供了很高的数据带宽和数据吞吐量。
为了充分发挥DMA引擎的性能，Flash存储器驱动程序必须正确配置DMA引擎的运作。在DMA引擎中，读操作与写操作的控制是不同的，所以驱动程序必须明确读操作和写操作的定义，以确保读写操作正常。同时，驱动程序还应该在DSP与CPU之间管理I/O缓冲区。
三、基于CPU的Flash存储读取方法
除了内部DMA控制器，CPU直接读取Flash存储也是另一种常见的Flash存储读取方式。
在这种情况下，Flash控制器和DMA引擎不直接进行I/O操作，相反，CPU直接处理所有读写操作。这种方法适用于小型环境中对Flash存储器的读写操作，因为对于小型数据集，CPU直接处理操作更快，而且可以避免引擎在读取时出现延迟。
然而，这种方法的缺点是，它不适用于大型数据集，因为在大型数据集中，CPU必须处理的数据太多，导致CPU性能下降，因此不能发挥Flash存储器优异的性能特点。
四、挖掘Flash读取性能的其他方法
除了上述两种常见的Flash读取方法之外，Linux内核还可以采用其他方法来提高Flash存储读取性能。其中，一种方法是使用缓存。将Flash读取到的数据缓存到内存中，这种方法可极大地减少Flash访问次数，同时保证数据安全。
缓存缺点显然，那就是缓存占用内存，需要注意定期清除缓存。另外一种方法是使用预读取。Flash存储具有随机访问和顺序访问两种类型的访问方式，利用这一特性可以预加载数据，提高读取速度。
预读取也可以提升缓存利用效率。一般来说，缓存和预读取的更大好处是缩减Flash存储器对CPU的访问，避免CPU用户将存储适度用于控制阅读。
五、
Flash存储已成为现代计算机必备的存储设备。随着数据量的不断增加，如何高效读取Flash存储已经成为了一个重要的研究领域。Linux内核根据Flash控制器的性能特点，使用上述几种方法，为Flash存储提供了高效的读取方式。
在设计Flash存储相应的内核驱动程序时，应该注意Flash控制器硬件设置和DMA引擎的配置以充分发挥其性能；同时要结合缓存和预读取等技术，充分利用Flash存储器的优异性能。这将确保Linux内核在读取Flash存储时提高数据带宽和数据吞吐量，实现高效读取的目标。
相关问题拓展阅读：
- 如何让linux的一段程序代码进入内核态运行
如何让linux的一段程序代码进入内核态运行
盯明 需要让linux的一段凯神告程序代瞎老码进入内核态运行产生的方式有二：
被动式
主动式
所谓被动式就是产生中断或者代码产出异常，代码不得不从用户态进入内核态进行中断操作或者是异常处理；
而主动式则是系统响应了程序对系统的一次调用过程，并且系统允许该运行级别的提升；
Linux内核的最初部分代码是用汇编语言写的（文件是boot/bootsect.s)。(我的汇编水平有限,暂且不看），它首先把自身这部分代码移到绝对地址0x90000，把下面的2K代码从引导设备加载到地址0x90200上，内核的其余部分加载到地址0x10000处。在加载系统时显示“loading…”. 然后，程序控制权交给另一个实模式汇编程序（boot/Setup.S）。
接下来，此程序把整个系统从地址0x10000移到地址0x1000，进入保护模式。程序控制转给系统的其余部分即地址0x1000。
下一个步骤是系统内核的解压过程，这部分代码在地址0x1000（文件/Boot/head.S），该段程序初始化寄存器，然后执行decompress_kernel()，这个函数源于zBoot/inflate.c、zBoot/unzip.c和zBoot/misc.c三个文件
Loading ….
uncompress …..
main.c —> start_kernel() 开始.
开始 printk(banner);
Linux version 2.2.6 (root@lance) (gcc version 2.7.2.3) (检查一下GCC 的版本号, 在/init/main.c 中如果gcc 的版本号不够,时不允许编译内核的)
#40 Sun Apr 18 17:44:20 CST 1999
调用init_time()打印出以下内容:
DetectedHz processor.
然后运行 console_init() –> drivers/char/tty_io.c */
Console: colour VGA+ 80×25
运行一个循环,测量一下 MIPS – 据说是要用一个确定的机器指令周期来实现实时的延迟.
Calibrating delay loop… 199.48 BogoMIPS
初始化内存/* init_mem */
Memory: 63396k/65536k available (848k kernel code, 408k reserved, 856k data
, 28k
/** dquote_init() **/
VFS: Diskquotas version dquot_6.4.0 initialized
察看cpu 的类型(在2.2.14 以后听说增加了对多种cpu 的支持, 以后我可得用心看看,if I can find a bug of intel then ……)
CPU: Intel Pentium Pro stepping 薯尺09
初始或处理器与协处理器,对于比较老的处理器, linux 会用软件模薯旦拟协处理器?
Checking 386/387 coupling… OK, FPU using exception 16 error 数手高reporting.
检查治理的合法性
Checking ‘hlt’ instruction… OK.
POSIX conformance testing by UNIFIX
此后调用 linux_thread(init ,..,..,)(arch/i386/kernel/process.c)
创建一个运行 init 的进程.
进入了第二阶段用户模式 ( user_mode )End of start_kerne最后进入cpu_idle ( arch/i386/kernel/process.c )
第二部分 设备的初始化
对设备的初始化调用. init()—>do_basic_init()–+
pci_init() 对pci 设备的初始化( 在main.c文件中有这样一段 ifdef PCI …..需要看一下)下面打印出结果:
PCI: PCI BIOS revision 2.10 entry at 0xfd8d1
PCI: Using configuration type 1
PCI: Probing PCI hardware
对Socket的初始化,socket_init() (这里也许就是linux 的网络秘密所在吧,以后我的注意) -Linux NET4.0 for Linux 2.2
Based upon Swansea University Computer Society NET3.039
NET4: Unix domain sockets 1.0 for Linux NET4.0.
NET4: Linux TCP/IP 1.0 for NET4.0
IP Protocols: ICMP, UDP, TCP
Starting kswapd v 1.5 kswapd_setup()
调用 device_setup()
Detected PS/2 Mouse Port.
初始化 声卡
Sound initialization started
Sound initialization complete
初始化 软驱
Floppy drive(s): fd0 is 1.44M
FDC 0 is a National Semiconductor PC87306
SCSI 设备的初始化
(scsi0) found at PCI 13/0
(scsi0) Wide Channel, SCSI ID=7, 16/255 SCBs
(scsi0) Downloading sequencer code… 419 instructions downloaded
scsi0 : Adaptec AHA274x/284x/294x (EISA/VLB/PCI-Fast SCSI) 5.1.10/3.2.4
scsi : 1 host.
Vendor: SEAGATE Model: ST32155W Rev: 0596
ype: Direct-Access ANSI SCSI revision: 02
Detected scsi disk sda at scsi0, channel 0, id 0, lun 0
Vendor: SEAGATE Model: ST32155W Rev: 0596
Type: Direct-Access ANSI SCSI revision: 02
Detected scsi disk sdb at scsi0, channel 0, id 1, lun 0
scsi : detected 2 SCSI disks total.
(scsi0:0:0:0) Synchronous at 40.0 Mbyte/sec, offset 8.
SCSI device sda: hdwr sector= 512 bytes. Sectors= (scsi0:0:1:0) Synchronous at 40.0 Mbyte/sec, offset 8.
SCSI device sdb: hdwr sector= 512 bytes. Sectors= Partition check: sda: sda1 |
sdb: sdb1 sdb2 |
安装 文件系统 filesystem_setup()
安装设备驱动程序 mount_root()
VFS: Mounted root (ext2 filesystem) readonly.
Freeing unused kernel memory: 28k freed
Adding Swap: 66540k swap-space (priority -1)
Soundblaster audio driver Copyright (C) by Hannu Savolainen
SB 3.01 detected OK (220)
at 0x220 irq 5 dma 1
YM3812 and OPL-3 driver Copyright (C) by Hannu Savolainen, Rob Hooft
996 at 0x388
NET4: AppleTalk 0.18 for Linux NET4.0
eth0: Intel EtherExpress Pro 10/100 at 0xf800, 00:A0:C9:49:2F:FF, IRQ 9.
Board assembly, Physical connectors present: RJ45
Primary interface chip DP83840 PHY #1.
DP83840 specific setup, setting register 23 to 8462.
General self-test: passed.
Serial sub-system self-test: passed.
Internal registers self-test: passed.
ROM checksum self-test: passed (0x49caa8d6).
Receiver lock-up workaround activated.
NET4: AppleTalk 0.18 for Linux NET4.0
结束 do_basic_setup()
open(“/dev/console”, O_RDWR, 0)
开始执行 /in/init ( execv(…) )
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