[發明專利]面向持久內存文件系統的事務寫優化框架的方法及系統

有效

• 申請號: 202010104546.7
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111414134B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 黃林鵬;鄭圣安;沈艷艷;陳雨亭;晏艷
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;清華大學
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: 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

本發明提供了一種面向持久內存文件系統的事務寫優化框架的系統及方法，包括：元數據模塊：寫文件輸入元數據模塊，元數據模塊動態備份寫文件系統中的元數據以及支持元數據故障恢復；數據模塊寫文件輸入數據模塊，數據模塊保證數據的一致性，并在發生故障時恢復一致性狀態；原子性決策邏輯模塊：當完成元數據模塊和數據模塊后，判斷文件元數據和數據操作的原子性；并將原子性決策邏輯模塊判斷后的最新的元數據信息和/或數據信息寫回元數據模塊和/或數據模塊。本發明主要針對持久內存文件系統的一致性實現問題，提供一種事務優化讀寫方法。

技術領域

本發明涉及計算機系統結構技術領域，具體地，涉及一種面向持久內存文件系統的事務寫優化框架的方法及系統。

背景技術

一致性是事務的最重要特性之一。文件系統維護數據的一致性狀態對技術人員也是一項極大挑戰。現有的一致性方法，如日志，將數據的double-write兩次寫操作執行在一個事務中，使得動作要么全部發生，要么都不發生。持久內存這一新型的存儲設備，具有非易失、可字節尋址和高性能等特性，傳統的一致性實現無法充分利用存儲設備的可字節尋址特性，同時事務自身的局限性，將double-write限制在關鍵路徑上。因此，專門針對持久內存設備的特性設計和優化一種面向持久內存文件系統的事務機制是十分必要且具有積極的意義。同時，現有技術中鮮有這方面的研究。

在本領域，涉及的術語如下：

元數據：描述文件數據的數據，主要是描述文件屬性，如文件的大小，文件的訪問權限等屬性信息

DRAM：Dynamic Random Access Memory，動態隨機存儲器，即現階段廣泛使用的內存，其特點是斷電后信息丟失，理論上讀寫壽命不受限制。

PM：Persistent Memory，非易失性內存或持久性內存，STTRAM，PCM，RRAM都屬于PM，其特點是斷電后信息不丟失，可字節尋址；但讀寫次數受限制，并且讀寫不均衡，根據材料的不同，PM寫耗費時間大概是其讀耗費時間的4到10倍，PM讀的時間比DRAM慢1到4倍。

Red-black tree：紅黑樹，是一種自平衡二叉查找樹，它是在計算機科學中用來組織數據比如數字的塊的一種結構。紅黑樹中每一個節點的比較值都必須大于或等于在它的左子樹中的所有節點，并且小于或等于在它的右子樹中的所有節點。這確保紅黑樹運作時能夠快速的在樹中查找給定的值。

Radix tree：基數樹，一種多叉搜索樹，樹的葉子節點是實際的數據條目。每個節點有一個固定的指針指向子節點。基數樹可以根據一個長整型快速查找到其對應的對象指針。

transaction：事務，一個最小的不可再分的工作單元，恢復和并發控制的基本單位，事務必須由事務開始和事務結束之間執行的全體操作組成。

Inode：是UNIX操作系統中的一種數據結構，其本質是結構體，它包含了與文件系統中各個文件相關的一些重要信息。

double-write:兩次寫操作，先寫入數據的日志區域，然后寫到文件數據。

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面向持久內存文件系統的事務寫優化框架的系統及方法。

根據本發明提供的一種面向持久內存文件系統的事務寫優化框架的系統，包括：

元數據模塊：寫文件輸入元數據模塊，動態備份寫文件系統中的元數據以及支持元數據故障恢復；

數據模塊：寫文件輸入數據模塊，保證寫文件數據的一致性，并在發生故障時恢復一致性狀態；

原子性決策邏輯模塊：當完成元數據模塊和數據模塊后，原子性決策邏輯模塊判斷文件元數據和數據操作的原子性；并將原子性決策邏輯模塊判斷后的最新的元數據信息和/或數據信息寫回元數據模塊和/或數據模塊；