읽는 지도
VFS/filesystem 코드는 path name을 dentry/inode/file/page cache operation으로 번역하는 계층이다. 이름 해석의 consistency와 데이터 I/O의 consistency를 분리해서 봐야 한다.
함수 이름보다 입력 객체와 출력 객체를 먼저 본다. 이 토픽에서 어떤 구조체가 생성, 연결, publish, retire되는지 표시한다.
정상 경로와 실패 경로를 같은 무게로 본다. kernel code의 품질은 성공 path보다 error unwind, hotplug, teardown에서 더 잘 드러난다.
왼쪽은 입력 또는 상위 계층이고, 오른쪽으로 갈수록 실제 상태 변경이 커진다. 문C식으로 읽을 때는 이 그림을 먼저 머리에 놓고 코드 조각을 끼워 넣는다.
원본 코드 좌표
Linux 6.18.37 LTS에서 열 파일
Linux 6.18.37 LTS: mm/filemap.c
Linux 6.18.37 LTS: mm/readahead.c
Linux 6.18.37 LTS: mm/page-writeback.c
Linux 6.18.37 LTS: include/linux/pagemap.h설명: 첫 파일은 보통 진입 함수가 있는 곳이고, 나머지는 구조체 정의, architecture glue, callback 구현을 확인할 때 같이 연다. 파일을 여러 개 놓고 봐야 이 토픽의 boundary가 보인다.
대표 코드
filemap_read
xas_reset(&xas);
}
rcu_read_unlock();
}
static int filemap_read_folio(struct file *file, filler_t filler,
struct folio *folio)
{
bool workingset = folio_test_workingset(folio);
unsigned long pflags;
int error;
/*
* A previous I/O error may have been due to temporary failures,
* eg. multipath errors. PG_error will be set again if read_folio
* fails.
*/
folio_clear_error(folio);
/* Start the actual read. The read will unlock the page. */
if (unlikely(workingset))
psi_memstall_enter(&pflags);
error = filler(file, folio);
if (unlikely(workingset))
psi_memstall_leave(&pflags);
if (error)
return error;
error = folio_wait_locked_killable(folio);
if (error)
return error;
if (folio_test_uptodate(folio))
return 0;
if (file)
shrink_readahead_size_eio(&file->f_ra);
return -EIO;
}
static bool filemap_range_uptodate(struct address_space *mapping,
loff_t pos, size_t count, struct folio *folio,읽는 법: 이 절편에서 먼저 볼 것은 return 값이 아니라 상태 변경이다. 어떤 lock을 잡은 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패하면 어느 label로 빠지는지, 그리고 바뀐 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 소비하는지 표시한다.
filemap_add_folio
free_folio(old);
folio_put(old);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(replace_page_cache_folio);
noinline int __filemap_add_folio(struct address_space *mapping,
struct folio *folio, pgoff_t index, gfp_t gfp, void **shadowp)
{
XA_STATE(xas, &mapping->i_pages, index);
int huge = folio_test_hugetlb(folio);
bool charged = false;
long nr = 1;
VM_BUG_ON_FOLIO(!folio_test_locked(folio), folio);
VM_BUG_ON_FOLIO(folio_test_swapbacked(folio), folio);
mapping_set_update(&xas, mapping);
if (!huge) {
int error = mem_cgroup_charge(folio, NULL, gfp);
VM_BUG_ON_FOLIO(index & (folio_nr_pages(folio) - 1), folio);
if (error)
return error;
charged = true;
xas_set_order(&xas, index, folio_order(folio));
nr = folio_nr_pages(folio);
}
gfp &= GFP_RECLAIM_MASK;
folio_ref_add(folio, nr);
folio->mapping = mapping;
folio->index = xas.xa_index;
do {
unsigned int order = xa_get_order(xas.xa, xas.xa_index);
void *entry, *old = NULL;
if (order > folio_order(folio))
xas_split_alloc(&xas, xa_load(xas.xa, xas.xa_index),
order, gfp);
xas_lock_irq(&xas);읽는 법: 이 절편에서 먼저 볼 것은 return 값이 아니라 상태 변경이다. 어떤 lock을 잡은 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패하면 어느 label로 빠지는지, 그리고 바뀐 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 소비하는지 표시한다.
함수별 독해
file-backed data를 folio 단위로 cache해 read/write, readahead, writeback, mmap fault를 연결한다.
이 섹션은 원본 코드 발췌를 함수 이름 단위로 끊어, 각 함수가 어떤 전제 조건을 만들고 다음 함수가 무엇을 소비하는지 추적한다.
각 노드는 독립 함수가 아니라 전제 조건을 생산하고 소비하는 연결점이다. 코드를 읽을 때는 노드 사이에서 어떤 필드가 바뀌는지 표시한다.
1. filemap_read
filemap_read 주변에서는 address_space를 중심으로 본다. 이 필드는 mapping root 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 lookup 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.
원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 xarray에서 folio 탐색을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: page cache와 buffer cache를 혼동함
2. filemap_add_folio
filemap_add_folio 주변에서는 xarray를 중심으로 본다. 이 필드는 index to folio map 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 miss 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.
원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 page allocation and fill을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: dirty page가 곧 disk 반영이라고 봄
| 함수 | 입력 | 상태 변경 | 검증 질문 |
|---|---|---|---|
| filemap_read | address_space, caller context, subsystem 전제 조건 | lookup: xarray에서 folio 탐색 | page cache와 buffer cache를 혼동함 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
| filemap_add_folio | xarray, caller context, subsystem 전제 조건 | miss: page allocation and fill | dirty page가 곧 disk 반영이라고 봄 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
구조체 / 필드 해설
여기서는 “어떤 구조체가 있다”가 아니라 그 필드가 어느 단계에서 쓰기 가능하고 어느 단계부터 관찰 가능한지를 본다. 박사급 리뷰에서는 필드의 뜻보다 보호 규칙이 먼저다.
필드는 구조체 안에 흩어져 있지만, 실제 실행에서는 위 순서로 의미가 이어진다.
| 필드 | 읽는 법 | 확인 |
|---|---|---|
| address_space | mapping root | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| xarray | index to folio map | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| folio flags | uptodate/dirty/writeback | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| readahead_control | sequential read hint | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
상태 전이 그림
상태 전이를 따로 그리는 이유는 정상 path와 실패 path를 같은 표에서 보기 위해서다. 커널 regression은 흔히 마지막 상태가 아니라 중간 상태를 외부에 publish한 뒤 rollback하지 못해서 생긴다.
상태 전이는 단방향처럼 그렸지만, 실패 경로에서는 대부분 역순 rollback이 붙는다.
| 상태 | 의미 | 진입 조건 | 깨지는 지점 |
|---|---|---|---|
| lookup | xarray에서 folio 탐색 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| miss | page allocation and fill | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| dirty | file write marks folio | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| writeback | disk와 동기화 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
불변조건 / 실패 케이스
page cache 의 중심 객체가 publish된 뒤에는 마지막 참조가 사라지기 전까지 teardown path가 모든 callback, timer, IRQ, worker와 경합하지 않아야 한다.
상태 필드를 바꾼 뒤 다른 CPU나 하위 계층이 관찰할 수 있다면 lock, barrier, refcount, RCU 중 어느 장치가 visibility를 보장하는지 확인한다.
중간 단계 실패는 성공 단계의 역순으로 되돌아가야 한다. goto label이 많은 코드는 label 이름보다 어느 resource가 이미 획득됐는지를 표로 적는다.
embedded bring-up에서는 panic보다 silence, timeout, deferred probe, interrupt flood처럼 간접 증상으로 드러나는 경우가 많다.
page cache와 buffer cache를 혼동함
dirty page가 곧 disk 반영이라고 봄
mmap fault와 read path가 같은 mapping을 공유하는 점을 놓침
계측 / 검증
계측은 printk 위치 경쟁이 아니라 가설 검증이다. 먼저 위 상태표에서 멈춘 state를 정하고, 그 state를 바꾸는 함수와 그 결과를 소비하는 함수를 동시에 본다.
| 도구 | 보는 것 | 해석 |
|---|---|---|
| filemap:* | page cache 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| writeback:* | page cache 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| vmscan:* | page cache 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| cat /proc/meminfo | page cache 의 상태 전이가 어느 지점에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
# 예시: tracefs가 켜진 보드에서 토픽별 event를 좁혀 본다.
mount -t tracefs nodev /sys/kernel/tracing
echo function_graph > /sys/kernel/tracing/current_tracer
echo ':mod:*' > /sys/kernel/tracing/set_ftrace_filter
cat /sys/kernel/tracing/trace_pipe연구 질문
- page cache 의 state machine을 네 단계로 줄였을 때, 실제 코드에서 빠지는 intermediate state는 무엇인가?
- page cache 의 fast path가 생략한 검사는 어느 init path 또는 slow path에서 보증되는가?
- 실험으로 확인한다면 'page cache와 buffer cache를 혼동함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?
- 실험으로 확인한다면 'dirty page가 곧 disk 반영이라고 봄' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?