文章目录
UBI简介
闪存存储的内容
代码实现
将闪存数据读入存储器
组织数据结构
卷EBA子系统初始化
损耗平衡子系统初始化
UBI层操作
例如
擦除和写入均衡
擦除机会
擦除条件
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UBI简介
UBI的全称是无序块图像。上图是UBI在系统中的层次结构，最下面是flash层(包括flash控制器，各种flash驱动代码，spi-mem层等。);MTD层是flash层的抽象。闪存可以分成不同的分区，每个分区对应一个MTD设备。UBI层是基于MTD层的更高层。UBI层抽象出逻辑擦除块，每个逻辑擦除块都有一个与前一个对应的物理擦除块。通过这种映射，我们可以添加一些软件算法来达到擦除平衡的目的，从而延长flash的使用寿命。然后是基于UBI层实现和各种文件系统，比如UBIFS。
闪存存储的内容
首先，介绍一些概念：
PEB:物理擦除块是相应闪存上的擦除块。
Leb:逻辑擦除块软件的概念
体积：体积
上图是flash中(或flash的一个分区中)的数据组织结构：
Ubi层通过擦除块来管理闪存，LEB对应软件概念，PEB对应闪存上一个真实的擦除块，每个LEB对应一个PEB。
查一下，多个leb可以组成一个体积，也就是leb可以根据不同的功能分成不同的体积；Valume-layout是ubi中使用的卷，用于存储MTD设备上划分的每个卷的信息。它包含两个leb，这两个leb存储相同的内容，并且互为备份。
往下看，每个PEB的内容包含三个部分：ech(擦除计数器头)、vidh(卷标识符头)和data。具体意思下面会介绍。
代码实现
UBI层的Linux代码实现大致可以归纳为三个方面：
首先，数据存储在flash中，所以需要将flash中的相关信息读入内存，同时可以检查出flash中的坏块。
读取数据内存后，需要按照内部逻辑关系进行组织(比如使用中的PEB在红黑树上管理，闲置的PEB也在红黑树上管理)
有了内存中这些数据的关系，你就可以对它们进行操作(比如读写，卷的添加，删除，扩展等。擦除和平衡)。
将闪存数据读入存储器
UBI初始化时，代码调用过程如上图所示，最后会调用scan_all()函数，遍历MTD设备。
中的每个PEB，从中读取ech和vidh，它们的定义如下。
Ech定义如上，其中：
Ec:表示PEB被擦除的次数。借助这个场，我们可以找出擦除次数最少的PEB，从而达到擦除平衡的目的。
Vid_hdr_offset:表示该PEB中vidh的偏移位置。
Data_offset:表示实际数据在该PEB中的偏移位置。
Vidh定义如上，其中：
Vol_id:表示PEB属于哪个卷。
Lmun:表示体积中LEB的数量。该字段与MTD设备中的peb数量形成映射关系。通过遍历MTD设备的每一个PEB，我们可以知道每一个PEB的情况，是使用、闲置还是损坏。该信息将被临时记录在结构ubi_attach_info结构中。遍历过程中的细节请参考scan_all()函数。
组织数据结构
遍历PEB后，闪存信息将保存在临时结构struct ubi_attach_info中，然后struct ubi_attach_info中的临时信息将保存在全局结构struct ubi_device *ubi_devices中，代码如下：
有三个步骤，即卷的初始化、损耗均衡子系统的初始化和eba(Eraseblock Association)子系统的初始化。让让我们分开来看一看。
卷EBA子系统初始化
如前所述，volume-layout是UBI内部使用的卷，它包含两个leb(相互备份)。PEB的数据内容如上图所示。数据(灰色)部分是struct ubi_vtbl_record的结构数组，记录了当前ubi设备所有卷的信息。ubi_read_volume_table()函数首先遍历临时结构struct ubi_attach_info，找出volumelayout所在的PEB，然后读出struct ubi_vtbl_record结构数组并保存在内存中。即在struct ubi_device的struct ubi_volume * volumes []字段中，初始化后的数组结构如下图所示，其中structubi _ volume * volumes []是指针数组，数组中的每个元素都是struct ubi_volume结构(详见ubi_read_volume_table()函数)。
在struct ubi_volume结构中，有一个重要的字段struct ubi_eba_table *eba_tbl，记录了当前卷中所有leb和peb之间的映射关系，其中struct ubi_eba_entry *entries是一个数组结构。每个元素对应一个struct ubi_eba_table结构，struct ubi _ eba _ entry *条目数。
组的下标对应LEB的个数，数组元素的内容对应EB的个数，从而将LEB与PEB关联起来(详见ubi_eba_init()函数)。
损耗平衡子系统初始化
在UBI中，PEB分为四种情况：在用、闲置、需要擦除和损坏。每个州的PEB由不同的红黑树管理。在ubi_eba_init()函数中，将分配一个结构ubi_wl_entry指针数组，并存储在sru tubi _ wl _ entry * *查找TBL字段中。数组的下标是PEB的个数，数组的内容记录了PEB的擦写次数。
对于数字信息，每个PEB都有一个这样的结构，对应于下图。
此外，每个PEB根据它们的状态由不同的红黑树管理。使用、空闲、擦洗三种状态的红黑树如上图所示，其中红黑树按照擦除次数的顺序排列，擦除次数最小的在最左侧。如果擦除次数相同，则比较PEB数，较小的在树的左侧，对应的值是struct ubi_wl_entry指针数组中的一个元素。
ubi_eba_init()函数被调用后，损耗均衡子系统被初始化，内存中会形成上图中的数组关系。
UBI层操作
经过前面的初始化，每个数据的结构关系已经保存在内存中，所以UBI层的操作其实就是这些数据在内存中的操作。
从用户空间来看，UBI在初始化后会对应三种类型的字符设备，分别是/dev/ubi_ctrl、/dev/UBIX (x=0，1，2。)，/dev/ubix_y (x=0，1，2。y=0，1，2)，它们对应的运算函数如下。
Ubi_vol_cdev_operations:针对某个卷(/dev/ubi1_0等)进行操作。).从体积上看，只能看到其中所包含的PEB，所以它的运作也是围绕着PEB展开的。
Ubi_cdev_operations:用于操作Ubi设备(/deb/ubi0等)。).从UBI设备的角度来看，您可以看到不同的卷，因此您可以创建、删除、扩展等等。
Ubi_ctrl_cdev_operations:是针对Ubi层的操作(/dev/ubi_ctrl)。从这个角度可以看到UBI设备，所以可以创建和删除UBI设备。
例如
要求：如果要扩展/dev/ubi1_0的卷，应该怎么做？
用户向内核空间传递两个参数volume_id和size。
在内核空间，我们根据volume_id在structubi _ volume * volumes []的数组中找到卷的句柄。
因为需要扩展容量(需要分配更多的leb)，所以需要重新分配struct ubi_eba_table *eba_tbl数组，将旧数组中的数据复制到新数组中。
对于新增的LEB，我们需要从自由树中申请，建立LEB和PEB的映射关系，保存在struct ubi_eba_table *eba_tbl的数组中。此外，我们需要更新PEB的ech和vidh，以显示PEB属于该卷。
以上一系列操作是我自己的想法，不是内核实现代码(具体实现可以是ubi_cdev_ioctl()函数)。这里我想表达的是，UBI初始化完成后，每个卷和每个LEB/PEB的关系已经存在于内存中。所以理论上我们可以完成UBI的操作，只是代码实现不同而已；程序=算法数组结构。这里的数组结构已经存在，算法是UBI层的各种运算。这里的代码其实每个人都可以实现，只是有好有坏。好在kernel已经为我们实现了，可以借鉴。其实别人写的文章只能提供一个大概的思路，真正的细节只能在源代码中获取。
擦除和写入均衡
所有闪存块都有有限的使用寿命。如果频繁擦除闪存的PEB，它很快就会损坏。擦除平衡的目的是将擦除操作平均分配到整个闪存上，从而提高闪存的使用寿命。那么如何将擦除操作均匀分布到整个flash中呢？这个条件还是很难达到的，所以我们退一步，修改PEB最大擦除次数和最小擦除次数之差小于某个值的条件。
例如，flash包含20个peb，其中的数字表示peb被擦除的次数。我们同意擦除时间的最大差异是15。现在flash中peb的最小和最大擦除次数分别是10、39。因为它们超过了阈值，所以我们需要想办法增加擦除次数为10次的peb被擦除的几率，减少擦除次数为39次的peb被擦除的几率。具体实现将在后面介绍。
擦除机会
linux内核在以下两个地方调用擦除均衡：
当损耗均衡子系统初始化完成后，它会检查一次是否需要擦除均衡，这是一个初始状态，也是一个检查的机会。
当要擦除一个PEB时，此时擦除次数会增加，这可能满足擦除平衡的要求。这时候，也是检查的机会。
擦除条件
除了上述调用时间，擦除平衡还有其他一些条件。下图显示了擦除平衡的流程图：
当scrub红黑树上有节点时，必须擦除和均衡。在遍历flash的每个PEB时，如果发现从flash中读取的数据发生翻转，就会添加scrub标志，放在scrub红黑树上进行维护，表示需要擦除PEB；擦除均衡时，首先取出擦洗树最左边节点e1，然后从空闲树中找到合适的节点e2，再读取e1对应的PEB的数据。如果读取的数据有任何问题，擦除将会完成。如果没有问题，e1数据将被复制到e2位置，e1数据将被擦除，以完成擦除均衡操作。
当擦洗树中没有节点时，将从已用树中取出最左边的节点e1，并从空闲树中找到合适的节点e2。然后，将检查e2和e1之间的PEB擦除次数之差是否大于阈值。如果是这样，e1数据将被复制到e2并被擦除以完成该擦除。你为什么这么做？原因是使用的树中的节点已经初始化(先擦除整个节点，然后写入ech和vidh，再写入数据，不擦除)，所以不会有擦除操作。空闲树中的节点需要在使用前擦除一次。因此，将擦除次数多的PEB放在使用树中以减少被擦除的机会，将擦除次数少的节点放在空闲树中以增加被擦除的机会，从而达到擦除平衡的目的。
此外，在空闲树上选择一个合适的节点。有哪些适合的和节点？最简单的方法是从空闲树的最右边取一个上层节点(擦除次数最多的节点)，然后与从已用树中移除的最左边的节点进行比较，看其差值是否超过阈值。然而，实际情况可能更复杂。下面第29行代码是在内核中选择自由树中节点的方法，将最大擦除次数限制在自由树最左边的节点WL _自由_最大_差异。看到上面评论说某些情况下会连续擦除一个或几个peb，所以做了这样的限制。(我没有I don’我不敢想象那是什么样的
原标题：尹：深入剖析针对Flash的Linux UBI子系统代码
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标签：PEB数据FLASH