[發明專利]日志結構化文件系統中的垃圾回收方法和設備

有效

• 申請號: 201580079149.6
• 申請日: 2015-05-06
• 公開（公告）號: CN107533506B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 維亞切斯拉夫·安那托里維奇·杜貝柯;張洪波
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: G06F12/02
• 分類號: G06F12/02;G06F12/0804;G06F12/0871
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 申健

一種用于進行日志結構化文件系統中卷的垃圾回收的垃圾回收設備(30)。所述卷包括多個分段，其中，每個分段都包含多個塊。所述設備(30)包括狀態參數確定單元(31)，用于：確定所述每個塊的塊狀態參數、所述每個分段的分段狀態參數、卷狀態參數。另外，所述設備(30)包括垃圾回收確定單元(32)，用于：基于所述分段狀態參數確定垃圾回收隊列，基于所述卷狀態和所述垃圾回收隊列確定垃圾回收分段。所述設備(30)包括垃圾回收單元(33)，用于進行所述垃圾回收分段的垃圾回收。

技術領域

本發明涉及日志結構化文件系統中的垃圾回收，尤其涉及有效進行垃圾回收的方法和設備。

背景技術

日志結構化文件系統(Log structured file system，簡稱LFS)的基本思想是緩沖文件緩存中文件系統更改的順序，然后在單個磁盤寫入操作中將所有更改依次寫入磁盤，以提高寫入性能。在寫入操作中寫入磁盤的信息包括文件數據塊、屬性、索引塊、目錄以及用于管理文件系統的幾乎所有其他信息。日志結構化文件系統采用順序結構將所有的新信息寫入磁盤，其中，該順序結構稱為日志。

LFS不會將inode放在固定位置，而是將它們寫入日志。LFS使用稱為inode映射的數據結構維護每個inode的當前位置。給定了一個文件的標識號，必須對inode映射進行索引，以確定inode的磁盤地址。將inode映射劃分為寫入日志的塊。每個磁盤上的固定檢查點區域標識了所有inode映射塊的位置。

這在圖1中可以輕易看到。特別地，示出了日志結構化文件系統磁盤布局10。

日志結構化文件系統最難的設計問題是空閑空間的管理。目標在于維持大量的空閑范圍用于寫入新的數據。最初，所有的空閑空間都位于磁盤上的單個范圍，但是在日志到達磁盤的末端時，將空閑空間分成同時刪除或覆蓋的文件對應的許多小范圍。

從這一點開始，文件系統有兩種選擇：線程和復制。第一種選擇是將實時數據保留在適當的位置，并通過空閑范圍對日志進行線程。然而，線程會使空閑空間嚴重分散。第二種選擇是對日志中的實時數據進行復制，從而保留大量空閑的寫入范圍。在日志頭以壓縮的形式對實時數據進行回寫。復制的不足在于其成本，特別是對于長久的文件來說。

圖2中已經輕易示出了上述兩種選擇。左邊示出了線程前后的日志20，而右邊示出了復制及壓縮前后的日志21。

為了使日志結構化文件系統有效運行，必須一直確保大范圍的空閑空間可用于新數據的寫入。其中一個解決方案是基于稱為分段的大范圍，其中，分段清理過程通過對大量分段的分段的實時數據進行壓縮從而連續地重新生成空段。

對分段的實時數據進行復制的過程稱為分段清理或垃圾回收(garbagecollection，簡稱GC)。在LFS中，這是一個簡單的三步過程：將多個分段讀入內存，識別實時數據以及將實時數據寫回較少的干凈分段。此操作完成后，將讀取的分段標記為干凈，其可用于新數據或其他的清理。

隨著存儲尺寸的增加，用于進行垃圾回收的常規方法負擔過重。進行整個卷的碎片整理需要很長時間，而這是相當必要的。因此，本發明的目的在于提供一種設備和方法，使得可以在日志結構化文件系統中有效地進行垃圾回收。

發明內容

上述目的通過方法的權利要求1以及設備的權利要求10的特征解決。此外，上述目的通過相關的計算機程序的權利要求9的特征解決。從屬權利要求包含進一步的發展。

本發明的目的在于提出一種確定日志結構化文件系統(Log structured filesystem，簡稱LFS)的卷的分段和老化狀態的方法，其目的在于使用復制方法時制定靈活的垃圾回收(garbage collection，簡稱GC)策略。