[發(fā)明專利]針對(duì)用戶態(tài)非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)的保護(hù)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910837471.0
• 申請(qǐng)日: 2019-09-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110647764B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董明凱;卜衡;易紀(jì)非;董本超;陳海波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F21/62
• 分類號(hào): G06F21/62
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明提供了一種針對(duì)用戶態(tài)非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)的保護(hù)方法及系統(tǒng)，包括：一，利用內(nèi)存保護(hù)鍵機(jī)制在用戶態(tài)隔離非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)與應(yīng)用程序代碼；二，將用戶態(tài)文件系統(tǒng)非易失性內(nèi)存劃分成多區(qū)域，在區(qū)域之間進(jìn)行隔離；三，在用戶態(tài)處理文件系統(tǒng)錯(cuò)誤和異常，防止應(yīng)用程序因文件系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤而異常終止。本發(fā)明提供了一種針對(duì)用戶態(tài)非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)的保護(hù)和隔離機(jī)制，保證用戶態(tài)非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)不會(huì)因應(yīng)用程序缺陷和錯(cuò)誤而造成數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)被肆意破壞，能將元數(shù)據(jù)錯(cuò)誤隔離在一定區(qū)域之內(nèi)，防止錯(cuò)誤散落到整個(gè)文件系統(tǒng)，并能防止應(yīng)用程序因用戶態(tài)文件系統(tǒng)中的錯(cuò)誤而異常終止，提升了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、魯棒性和可用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種針對(duì)用戶態(tài)非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)的保護(hù)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

非易失性內(nèi)存具有和普通內(nèi)存相近的低延遲和高吞吐，同時(shí)具有存儲(chǔ)設(shè)備的非易失性和高密度。同時(shí)，非易失性內(nèi)存可以以字節(jié)粒度尋址，可以使用處理器的load/store指令像訪問(wèn)普通內(nèi)存一樣進(jìn)行訪問(wèn)。因此，非易失性內(nèi)存可以直接在用戶態(tài)被管理。

非易失性內(nèi)存的出現(xiàn)，使得用戶態(tài)文件系統(tǒng)變得更加高效。傳統(tǒng)的用戶態(tài)文件系統(tǒng)均需要的內(nèi)核的緊密配合。如使用FUSE的用戶態(tài)文件系統(tǒng)，當(dāng)應(yīng)用程序發(fā)出系統(tǒng)調(diào)用之后，系統(tǒng)調(diào)用的信息以及數(shù)據(jù)會(huì)先被傳送到內(nèi)核，內(nèi)核再將所有的信息轉(zhuǎn)發(fā)給用戶態(tài)的FUSE文件系統(tǒng)進(jìn)程，文件系統(tǒng)可能依然需要陷入內(nèi)核進(jìn)行各種操作。最后請(qǐng)求的處理結(jié)果會(huì)按照順序?qū)訉觽鬟f回應(yīng)用程序。這過(guò)程中有大量是數(shù)據(jù)拷貝操作以及上下文切換操作，嚴(yán)重影響的用戶態(tài)文件系統(tǒng)的性能。非易失性內(nèi)存，由于其高性能和可字節(jié)尋址性，可以大大簡(jiǎn)化這個(gè)過(guò)程。新型用戶態(tài)非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)，可以將部分或者全部非易失性內(nèi)存映射(mmap)到用戶態(tài)內(nèi)存空間，之后對(duì)于用戶發(fā)出的文件系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行攔截，若發(fā)現(xiàn)可以在用戶態(tài)直接處理，則無(wú)需進(jìn)入內(nèi)核。相對(duì)于傳統(tǒng)方案，新型用戶態(tài)非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)顯著減少了上下文切換和數(shù)據(jù)拷貝帶來(lái)的性能開(kāi)銷。專利文獻(xiàn)CN109445685A公開(kāi)了一種用戶態(tài)文件系統(tǒng)請(qǐng)求的處理方法，包括：若為實(shí)際文件寫(xiě)請(qǐng)求，則先向內(nèi)核守護(hù)進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)寫(xiě)請(qǐng)求，以使得內(nèi)核守護(hù)進(jìn)程直接將待寫(xiě)入的數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)文件中，并根據(jù)被訪問(wèn)實(shí)際文件與數(shù)據(jù)文件之間的映射關(guān)系建立映射表；然后向內(nèi)核守護(hù)進(jìn)程發(fā)送元數(shù)據(jù)寫(xiě)請(qǐng)求，以使得內(nèi)核守護(hù)進(jìn)程將所建立的映射表寫(xiě)入元數(shù)據(jù)文件中；若為實(shí)際文件讀請(qǐng)求，則先向內(nèi)核守護(hù)進(jìn)程發(fā)送元數(shù)據(jù)讀請(qǐng)求，以使得內(nèi)核守護(hù)進(jìn)程從元數(shù)據(jù)文件中讀取映射表；然后向內(nèi)核守護(hù)進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)讀請(qǐng)求，以使得內(nèi)核守護(hù)進(jìn)程根據(jù)所讀取的映射表直接從數(shù)據(jù)文件中讀取所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。

雖然新型用戶態(tài)非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)提供了更高的性能，但是其也帶來(lái)了一些問(wèn)題。用戶態(tài)文件系統(tǒng)及其管理的非易失性內(nèi)存與應(yīng)用程序處于同一內(nèi)存空間中。應(yīng)用程序中的缺陷很容易覆寫(xiě)非易失性內(nèi)存中數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)，造成用戶態(tài)文件系統(tǒng)的損壞。同時(shí)，由于用戶態(tài)文件系統(tǒng)可以訪問(wèn)所有非易失性內(nèi)存，當(dāng)非易失性內(nèi)存中存儲(chǔ)的某個(gè)元數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤，文件系統(tǒng)的代碼將錯(cuò)誤的修改非易失性內(nèi)存，從而造成錯(cuò)誤在文件系統(tǒng)中蔓延，整個(gè)文件系統(tǒng)被損壞。最后，由于用戶態(tài)文件系統(tǒng)與應(yīng)用程序處于用戶態(tài)，若某線程在用戶態(tài)文件系統(tǒng)代碼中出現(xiàn)了內(nèi)存訪問(wèn)異常等，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)應(yīng)用程序被終止。其中包括其他正在操作非易失性內(nèi)存的線程，會(huì)造成文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的損壞。

因此，如何在不過(guò)多影響整體性能的情況下，針對(duì)用戶態(tài)非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)高效的保護(hù)和隔離機(jī)制，對(duì)于完善高性能用戶態(tài)非易失性內(nèi)存系統(tǒng)，提升整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、魯棒性和可用性至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)用戶態(tài)非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)的保護(hù)方法及系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種針對(duì)用戶態(tài)非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)的保護(hù)方法，包括：

文件系統(tǒng)與應(yīng)用程序隔離步驟：利用內(nèi)存保護(hù)鍵機(jī)制在用戶態(tài)隔離非易失性內(nèi)存文件系統(tǒng)與應(yīng)用程序代碼；

文件系統(tǒng)區(qū)域數(shù)據(jù)隔離步驟：將用戶態(tài)文件系統(tǒng)管理的非易失性內(nèi)存劃分成多區(qū)域，將不同的區(qū)域映射到不同的內(nèi)存保存組中，將元數(shù)據(jù)錯(cuò)誤限定在一個(gè)區(qū)域內(nèi)；