[發(fā)明專利]閃存文件系統(tǒng)可靠性分析方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110398912.5
• 申請(qǐng)日: 2011-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102541668A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡事民;郭旭峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F11/00
• 分類號(hào): G06F11/00
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)及電子信息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種閃存文件系統(tǒng)可靠性分析方法。

背景技術(shù)

隨著技術(shù)的不斷革新，閃存已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用到嵌入式設(shè)備中。雖然閃存具有眾多優(yōu)點(diǎn)，但是也存在缺點(diǎn)。最大的缺點(diǎn)是面臨著“部分失效”的問(wèn)題，即在讀寫(xiě)閃存的某些區(qū)域時(shí)可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤可能是暫時(shí)性錯(cuò)誤，也可能是持久性錯(cuò)誤。閃存塊的擦除次數(shù)是有限的，在1萬(wàn)次至100萬(wàn)次之間，超過(guò)這個(gè)限制后，閃存單元就變?yōu)椴豢捎谩Ｑ芯勘砻鳎瑢?duì)于閃存，溫度越高，數(shù)據(jù)保持能力越差；隨著寫(xiě)入和擦除次數(shù)的增加，閃存的位出錯(cuò)率會(huì)明顯增大，而且會(huì)出現(xiàn)編程和讀操作的干擾現(xiàn)象。在實(shí)際應(yīng)用中，閃存硬件控制器具有執(zhí)行錯(cuò)誤糾正碼(ECC)的功能，可以糾正部分錯(cuò)誤，但如果錯(cuò)誤較多，ECC也可能無(wú)法全部恢復(fù)。因此，閃存是可能會(huì)出錯(cuò)的，使用閃存時(shí)必須要解決這些問(wèn)題。

應(yīng)用程序通過(guò)文件系統(tǒng)對(duì)閃存進(jìn)行讀寫(xiě)。閃存文件系統(tǒng)不僅要完成對(duì)閃存的讀寫(xiě)和擦除功能，還要有能力應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤。

目前研究領(lǐng)域還沒(méi)有對(duì)閃存文件系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)任何詳細(xì)的可靠性分析。在文件系統(tǒng)可靠性研究方面，目前研究主要關(guān)注于通用文件系統(tǒng)，如：Ext3、NTFS、ZFS等，存儲(chǔ)介質(zhì)是磁盤和內(nèi)存，研究思路是先假設(shè)磁盤和內(nèi)存可能會(huì)出錯(cuò)，然后通過(guò)錯(cuò)誤植入的方法進(jìn)行分析。正如前文所說(shuō)，閃存存在部分失效的問(wèn)題，如果閃存文件系統(tǒng)處理不當(dāng)，可能造成數(shù)據(jù)污染或數(shù)據(jù)丟失，甚至影響系統(tǒng)穩(wěn)定，因此研究閃存文件系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：如何對(duì)閃存進(jìn)行可靠性分析，以盡量避免因閃存失效導(dǎo)致的讀寫(xiě)錯(cuò)誤。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種閃存文件系統(tǒng)可靠性分析方法，包括以下步驟：

S1：選擇工作負(fù)載和錯(cuò)誤類型；

S2：運(yùn)行所述工作負(fù)載，將讀寫(xiě)請(qǐng)求發(fā)送到閃存文件系統(tǒng)，并按所述錯(cuò)誤類型在閃存文件系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的內(nèi)存技術(shù)設(shè)備(memory?technology?device，MTD)驅(qū)動(dòng)模塊之間進(jìn)行錯(cuò)誤植入；

S3：植入錯(cuò)誤后，將模擬錯(cuò)誤的運(yùn)行結(jié)果返回給閃存文件系統(tǒng)，若閃存文件系統(tǒng)未檢測(cè)出模擬的錯(cuò)誤或檢測(cè)出后未修復(fù)，則認(rèn)為閃存文件系統(tǒng)不可靠。

其中，所述步驟S2具體包括：

測(cè)量所述工作負(fù)載調(diào)用所述MTD驅(qū)動(dòng)模塊中測(cè)試接口的總次數(shù)；

針對(duì)一個(gè)測(cè)試接口，隨機(jī)選擇一次進(jìn)行相應(yīng)的錯(cuò)誤植入。

其中，所述錯(cuò)誤植入的具體方式為：

通過(guò)在操作系統(tǒng)的用戶態(tài)調(diào)用I/O控制函數(shù)，將用戶態(tài)的錯(cuò)誤植入命令傳入操作系統(tǒng)內(nèi)核，觸發(fā)內(nèi)核進(jìn)行錯(cuò)誤植入。

其中，所述測(cè)試接口為閃存文件系統(tǒng)對(duì)MTD驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)用接口，包括：nand_read、nand_write和nand_erase。

其中，所述步驟S3具體包括：

對(duì)于讀、寫(xiě)、擦除錯(cuò)誤，向上層直接返回-EIO；對(duì)于讀污染，采取“比特位翻轉(zhuǎn)”的方式：從所述MTD驅(qū)動(dòng)模塊中讀取數(shù)據(jù)后，隨機(jī)選擇其中某一位取反，再返回給上層；

對(duì)比所述工作負(fù)載的輸出和操作系統(tǒng)中與閃存文件系統(tǒng)有關(guān)的日志記錄，確定閃存文件系統(tǒng)的可靠性。

其中，所述錯(cuò)誤類型包括：暫時(shí)性錯(cuò)誤和持久性錯(cuò)誤兩類，其中每一類都包括四種：讀錯(cuò)誤、讀污染、寫(xiě)錯(cuò)誤和擦除錯(cuò)誤。

其中，所述工作負(fù)載包括：POSIX定義的接口測(cè)試樣例和閃存文件系統(tǒng)測(cè)試模塊中的測(cè)試樣例stress_3。

(三)有益效果

本發(fā)明通過(guò)在閃存文件系統(tǒng)對(duì)MTD驅(qū)動(dòng)模塊的調(diào)用接口中植入錯(cuò)誤，模擬錯(cuò)誤的運(yùn)行結(jié)果是否被閃存文件系統(tǒng)檢測(cè)出并正確處理，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)閃存的可靠性分析。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種閃存文件系統(tǒng)可靠性分析方法流程圖；

圖2是實(shí)現(xiàn)圖1中方法的系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中植入的錯(cuò)誤類型。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的閃存文件系統(tǒng)可靠性分析方法流程圖，本實(shí)施例中以Linux操作系統(tǒng)為例，圖2是實(shí)現(xiàn)圖1方法的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖。