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。