[發明專利]基于日志文件系統的非易失內存構建磁盤cache的方法及系統

有效

• 申請號: 202010104313.7
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111414320B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 黃林鵬;鄭圣安;屠要峰;楊洪章;沈艷艷;陳雨亭;閆格
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;清華大學
• 主分類號: G06F12/1045
• 分類號: G06F12/1045;G06F3/06;G06F11/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種基于日志文件系統的非易失內存構建磁盤cache的方法及系統，包括：非易失內存cache包括非易失內存數據cache和非易失內存元數據cache；在非易失內存cache的初始化階段，檢查非易失內存中設置的關機標記，當檢查到不是正常關機時，則非易失內存cache執行故障恢復操作保證系統一致性；在非易失內存cache的初始化完成后，在數據cache執行數據提交，在元數據cache執行元數據提交操作，在非易失內存cache的存儲空間不足時，由數據cache執行數據回寫操作，由元數據cache執行元數據回寫操作；本發明避免數據的雙重寫，減少元數據的寫放大，提高系統整體性能。

技術領域

本發明涉及非易失內存cache，具體地，涉及一種基于日志文件系統的非易失內存構建磁盤cache的方法及系統，更為具體地，涉及一種基于日志文件系統的非易失性內存cache。

背景技術

日志文件系統是將單獨的磁盤作為日志或是從磁盤劃分出一塊區域作為日志的一種文件系統。在普通文件系統中，數據直接寫回磁盤并覆蓋掉原來的數據。但是由于數據的原子寫粒度小于文件系統的數據塊大小，若在向磁盤寫數據過程中發生斷電或系統崩潰等故障，就會發生磁盤的數據只更新了一部分，導致文件系統的一致性問題。為了解決這個問題，日志文件系統應運而生。它的思想是，在將數據寫到磁盤上文件系統的本來位置之前，先將其記錄到預先設置的日志區域，寫日志成功后再將數據寫回本來位置。根據日志記錄的是更新前的數據還是更新后的數據，又可以分為undo型日志文件系統和redo型日志文件系統。

非易失內存是近些年興起的一個研究領域，它為存儲器的發展提供了新的思路，它的廣闊前景也吸引著越來越多的研究人員參與進來。非易失內存融合了內存和存儲的優點，它的特性主要包括：字節尋址特性，即最小的數據訪問單元是字節而不是數據塊，這一點和內存相似；持久性，不同于斷電后數據即丟失的內存，非易失內存的數據在斷電后依然存在，不會丟失，這一點和磁盤類似；讀寫速度快，非易失內存的讀寫速度遠遠快于傳統磁盤介質(HDD和SSD)，讀寫延遲在數量級上和內存具有可比性。以上幾種特性使得非易失內存具備廣泛應用于系統的各個層次結構的潛力，包括內存、磁盤以及內存和磁盤之間的cache。

Cache是計算機系統領域一個非常重要的思想，也就是用容量較小但是讀寫速度很快的設備來作為容量較大但是讀寫速度很慢的設備的緩存，以此來提高系統的整體讀寫性能。在計算機系統的存儲器層次結構中，從寄存器、高速cache、內存到磁盤，每一層都可以看作是下一層的cache。

專利文獻CN108897701A(申請號：201810634621.3)公開了本申請涉及一種cache存儲架構。cache存儲架構包括：多個內核、一個cache存儲器以及物理內存；各內核分別與cache存儲器連接；cache存儲器與物理內存以組相聯映射關系相連。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種一種基于日志文件系統的非易失內存cache的存儲方法及系統。

根據本發明提供的一種基于日志文件系統的非易失內存cache的存儲方法，包括：

非易失內存cache包括非易失內存數據cache和非易失內存元數據cache；

步驟M1：在非易失內存cache的初始化階段，檢查非易失內存中設置的關機標記，當檢查到不是正常關機時，則非易失內存cache執行故障恢復操作保證文件系統一致性；

步驟M2：在非易失內存cache的初始化完成后，在數據cache執行數據提交，在元數據cache執行元數據提交操作，即數據和元數據更新完成后，分別寫到數據cache和元數據cache；

步驟M3：在非易失內存cache的存儲空間不足時，由數據cache執行數據回寫操作，由元數據cache執行元數據回寫操作，即將原來的數據塊和元數據塊寫回磁盤，并為新的數據騰出存儲空間；