[發明專利]一種減少日志結構文件系統碎片的方法及閃存存儲系統

在審

• 申請號: 202010811619.6
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN111984604A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 譚支鵬;楊梨花;王芳;馮丹;錢佳興
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F16/17
• 分類號: G06F16/17;G06F16/172
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種減少日志結構文件系統碎片的方法及閃存存儲系統，屬于計算機信息存儲領域，包括：將目標數據塊寫入日志結構文件系統時，提取文件特征，以識別該文件是否為臨時寫文件；若是，則為目標數據塊設置類型標記后，將其寫入預先分配的臨時邏輯日志段；否則，根據目標數據塊的冷熱屬性設置類型標記后，將其寫入相應的邏輯日志段；在提交的塊請求和環形緩沖區的數據項中都加上類型標記，并為不同類型的數據分別創建請求隊列；在將請求隊列中的數據寫入閃存介質時，為不同類型的數據分配獨立的物理地址，使同一物理日志段中的數據類型相同。本發明能夠有效減少日志結構文件系統中的碎片，并協同管理邏輯碎片和物理碎片，提高存儲系統性能。

技術領域

本發明屬于計算機信息存儲領域，更具體地，涉及一種減少日志結構文件系統碎片的方法及閃存存儲系統。

背景技術

大數據時代，閃存憑借其低功耗、低訪問延遲的優勢逐漸取代傳統磁盤成為主流的存儲設備。閃存友好型文件系統F2FS(flash friendly file system)，基于其將隨機寫轉換為順序寫的日志結構寫方式，是一種廣泛使用的日志結構文件系統。然而，因為文件數據頻繁地創建、更新和刪除，文件系統會產生嚴重的邏輯碎片，F2FS做垃圾回收以得到空閑空間，此外閃存存儲設備產生物理碎片，這嚴重降低整個閃存存儲系統的性能，縮短閃存壽命。總之，有效地減少邏輯碎片和物理碎片是閃存存儲系統中關鍵的部分。邏輯碎片是指邏輯層的碎片，包括邏輯層文件碎片和邏輯層空閑空間碎片。同理，物理碎片是指物理層的碎片，包括物理層文件碎片和物理層空閑空間碎片。

目前的減少碎片的方法主要分為兩種：碎片產生前的碎片避免和碎片產生后的碎片整理。避免碎片產生的技術有塊組劃分、空間預留和延遲數據分配。塊組劃分技術中，文件系統將一段連續空間組織為一個塊組，用來存儲同一目錄下的文件或同一個文件的數據、元數據，對磁盤上的碎片較為有效。空間預留為單個文件預留一段連續空間，文件后續數據寫到預留空間中，對不同的文件系統，空間預留技術優化碎片的效果不同。延遲分配技術在寫請求到達時暫不分配地址，而是在數據寫回或同步時分配地址，盡量將同一個文件的數據分配到相鄰的邏輯地址。碎片整理方案，有Sato在“Ext4online defragmentation”中提出的基于數據遷移的整理方案，在文件系統空閑時遍歷系統中的文件并做一次數據遷移，將同一目錄下的文件及同一個文件的數據復制到連續空間；Hahn等人在“ImprovingFile System Performance of Mobile Storage Systems Using a DecoupledDefragmenter”中提出基于映射表重映射和提高閃存并行性的碎片整理方案，將邏輯碎片的數據復制遷移轉換為閃存轉換層中映射表邏輯地址的改變，在物理碎片非常嚴重時，在閃存中復制數據遷移，提高閃存并行性；鄧傲松在“閃存友好型文件系統性能優化技術的設計”中提出的多級閾值同步技術，根據無效數據塊的數量判斷系統的碎片化程度，動態地決定數據異地寫還是就地寫；Park等人在“File Defragmentation Scheme for a Log-Structured File System”提出在垃圾回收時，將犧牲段中的有效數據根據文件進行聚合的技術。

總的來說，上述減少碎片的方法，一定程度上可以改善日志結構文件系統的碎片問題，但是仍存在改進的空間，并且碎片整理的數據復制會引入大量讀寫，增加開銷，危害閃存壽命。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種減少日志結構文件系統碎片的方法及閃存存儲系統，其目的在于，有效減少日志結構文件系統中的碎片，以提高閃存存儲系統的性能。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種減少日志結構文件系統碎片的方法，包括：

將目標數據塊寫入日志結構文件系統時，提取目標數據塊所屬文件的特征，并基于所提取的特征識別文件是否為臨時寫文件；