emmc　FITRIM/discard命令在android系统中提升write performance的运用

在学习android文件系统时接触到discard和FITRIM这两个概念，发现android L上没有用到文件系统这两个功能，而android kk上有网络文章提到这两个功能的实现，下面就是我转载的一篇关于这两个概念的文章。

转摘于 http://blog.csdn.net/fybon/article/details/30232681
SSD/emmc 存储设备discard命令的使用意义及使用方法，请参考xfs官网上的这篇文章，描述详细。

http://xfs.org/index.php/FITRIM/discard

FITRIM/discard我的理解是：discard命令，只是将page标识为dirty状态，并未做真正的block erase操作。

而当一个block大部份page都标识为dirty时，为重新利用该block，就得将数据有效page（none dirty page)迁移到别的block，同时整个block擦除掉。

这个过程我们称之为：垃圾页回收。＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝》FITRIM就是做此工作的。

为什么它能提升emmc write performance 呢？

因为nand读、写规则是：　以page为读、写单元，而以block作为擦除单元。　写一个已经写过的page之前，必须将该页所在的block先擦除。

那么如果能在系统空闲时将一些垃圾页提前回收，并将block预先擦除作为写的准备。当然可以提升write performance，同时也可以提高page利用率。

下面我重点介绍disdcard在android系统中的实时使用和批量使用方式：

Realtime discard

init.rc 可以看到mount时，就带了disdcard flag ，这样kernel emmc /block 就会做很多不同的处理。
注：kernel需3.0以后版本。

mount ext4 /emmc@usrdata /data noatime nosuid nodev wait noauto_da_alloc,discard

Batch Mode

android4.4 在系统满足如下条件的情况，通过FSTRIM ioctl的方式对device进行垃圾回收的处理，条件如下：

1）设备已经闲置了至少一小时；

2）在过去24小时内没有进行清理回收工作；

3）电池电量大于 30%（充电中）或者80%（未进行充电）。

具体代码分析如下；

IdleMaintenanceService.java

private void updateIdleMaintenanceState(boolean noisy) {

if (mIdleMaintenanceStarted) {

// Idle maintenance can be interrupted by user activity, or duration

// time out, or low battery.

if (!lastUserActivityPermitsIdleMaintenanceRunning()

|| !batteryLevelAndMaintenanceTimeoutPermitsIdleMaintenanceRunning()) {

unscheduleUpdateIdleMaintenanceState();

mIdleMaintenanceStarted = false;

EventLogTags.writeIdleMaintenanceWindowFinish(SystemClock.elapsedRealtime(),

mLastUserActivityElapsedTimeMillis, mBatteryService.getBatteryLevel(),

isBatteryCharging() ? 1 : 0);

sendIdleMaintenanceEndIntent();

// We stopped since we don't have enough battery or timed out but the

// user is not using the device, so we should be able to run maintenance

// in the next maintenance window since the battery may be charged

// without interaction and the min interval between maintenances passed.

if (!batteryLevelAndMaintenanceTimeoutPermitsIdleMaintenanceRunning()) {

scheduleUpdateIdleMaintenanceState(

getNextIdleMaintenanceIntervalStartFromNow());

}

}

} else if (deviceStatePermitsIdleMaintenanceStart(noisy)　　　　　　　　　// 　FITRIM 执行条件判断 　　　　　　　　　

&& lastUserActivityPermitsIdleMaintenanceStart(noisy)

&& lastRunPermitsIdleMaintenanceStart(noisy)) {

// Now that we started idle maintenance, we should schedule another

// update for the moment when the idle maintenance times out.

scheduleUpdateIdleMaintenanceState(MAX_IDLE_MAINTENANCE_DURATION);

mIdleMaintenanceStarted = true;

EventLogTags.writeIdleMaintenanceWindowStart(SystemClock.elapsedRealtime(),

mLastUserActivityElapsedTimeMillis, mBatteryService.getBatteryLevel(),

isBatteryCharging() ? 1 : 0);

mLastIdleMaintenanceStartTimeMillis = SystemClock.elapsedRealtime();

sendIdleMaintenanceStartIntent();　　　　　　　　　　　　　　　　　　// 条件满足　发送广播给mountservice.java　　　

} else if (lastUserActivityPermitsIdleMaintenanceStart(noisy)) {

if (lastRunPermitsIdleMaintenanceStart(noisy)) {

// The user does not use the device and we did not run maintenance in more

// than the min interval between runs, so schedule an update - maybe the

// battery will be charged latter.

scheduleUpdateIdleMaintenanceState(MIN_USER_INACTIVITY_IDLE_MAINTENANCE_START);

} else {

// The user does not use the device but we have run maintenance in the min

// interval between runs, so schedule an update after the min interval ends.

scheduleUpdateIdleMaintenanceState(

getNextIdleMaintenanceIntervalStartFromNow());

}

}

}

MountService.java

private final BroadcastReceiver mIdleMaintenanceReceiver = new BroadcastReceiver() {

@Override

public void onReceive(Context context, Intent intent) {

waitForReady();

String action = intent.getAction();

// Since fstrim will be run on a daily basis we do not expect

// fstrim to be too long, so it is not interruptible. We will

// implement interruption only in case we see issues.

if (Intent.ACTION_IDLE_MAINTENANCE_START.equals(action)) {

try {

// This method runs on the handler thread,

// so it is safe to directly call into vold.

mConnector.execute("fstrim", "dotrim");　　　　　　　　　　　　　　　　　　　// 　发送fstrim命令

EventLogTags.writeFstrimStart(SystemClock.elapsedRealtime());

} catch (NativeDaemonConnectorException ndce) {

Slog.e(TAG, "Failed to run fstrim!");

}

}

}

};

CommandListener.cpp

CommandListener::FstrimCmd::FstrimCmd() :

VoldCommand("fstrim") {

}

int CommandListener::FstrimCmd::runCommand(SocketClient *cli,

int argc, char **argv) {

。。。。。。。

if (!strcmp(argv[1], "dotrim")) {

dumpArgs(argc, argv, -1);

rc = fstrim_filesystems(); //接收到fstrim命令后，调用fstrim.c 中的fstrim_filesystems()

} else {

dumpArgs(argc, argv, -1);

cli->sendMsg(ResponseCode::CommandSyntaxError, "Unknown fstrim cmd", false);

}

fstrim.c

static void *do_fstrim_filesystems(void *ignored)

{

int i;

int fd;

int ret = 0;

struct fstrim_range range = { 0 };

struct stat sb;

extern struct fstab *fstab;

SLOGI("Starting fstrim work...\n");

/* Log the start time in the event log */

LOG_EVENT_LONG(LOG_FSTRIM_START, get_boot_time_ms());

for (i = 0; i < fstab->num_entries; i++) {

　。。。。。。

fd = open(fstab->recs[i].mount_point, O_RDONLY);

if (fd < 0) {

SLOGE("Cannot open %s for FITRIM\n", fstab->recs[i].mount_point);

ret = -1;

continue;

}

memset(&range, 0, sizeof(range));

range.len = ULLONG_MAX;　　　　　　　　　//　指定fitrim的范围是整个emmc

SLOGI("Invoking FITRIM ioctl on %s", fstab->recs[i].mount_point);

if (ioctl(fd, FITRIM, &range)) {　　　　　 //　调用特定文件系统中的FITRIM ioctl，执行真正的垃圾回收处理。

　　。。。。。。

close(fd);

}

　。。。。。。。。。。。。。

}

好的，看到这里，垃圾页回收整个过程基本清楚了。

我们可以看到fstrim是需要文件系统支持的，比如，kernel 3.4版本只有如下几种文件系统支持fstrim。！

ioctl.c (\android\kernel\fs\btrfs): case FITRIM:

ioctl.c (\android\kernel\fs\ext3): case FITRIM: {

ioctl.c (\android\kernel\fs\ext4): case FITRIM:

ioctl.c (\android\kernel\fs\ext4): "FITRIM not supported with bigalloc");

ioctl.c (\android\kernel\fs\ext4): case FITRIM:

ioctl.c (\android\kernel\fs\ocfs2): case FITRIM:

ioctl.c (\android\kernel\fs\ocfs2): case FITRIM:

xfs_ioctl.c (\android\kernel\fs\xfs): case FITRIM: