[發明專利]基于非易失內存文件系統的快速緩存系統

有效

• 申請號: 202110977140.4
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN114115711B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發明（設計）人: 黃林鵬;閆田;鄭圣安
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

1.一種基于非易失內存文件系統的快速緩存系統，其特征在于，包括：

混合內存管理模塊：對緩存中的數據和元數據進行管理；

數據操作模塊：進行重構底層文件系統的數據操作，向應用提供數據存?。?/p>

緩存替換模塊：通過動態的緩存替換策略，對冷熱數據進行遷移和回收。

2.根據權利要求1所述的基于非易失內存文件系統的快速緩存系統，其特征在于，所述混合內存管理模塊包括：數據塊存儲區、元數據存儲區和LRU隊列；

所述數據塊存儲區的大小根據緩存系統的配置確定，所述數據塊存儲區由空閑的數據塊組成，采用無鎖循環隊列對數據塊進行管理，所述數據塊的數量由數據塊存儲區的大小確定，所述數據塊的大小分為256B、512B、1KB、2KB、4KB，每種大小的數據塊所占用的存儲空間相同；

所述元數據存儲區的大小根據緩存系統的配置確定，所述元數據存儲區由空閑的元數據結構組成，采用無鎖循環隊列對空閑的元數據結構進行管理，所述元數據結構的數量根據元數據存儲區的大小確定，所述元數據結構記錄文件的inode號、文件大小、文件映射區域，以及已分配給文件的數據塊；

所述LRU隊列采用雙向鏈表結構，存儲非空閑的元數據結構，根據元數據結構對應的文件的最近訪問情況進行排序。

3.根據權利要求1所述的基于非易失內存文件系統的快速緩存系統，其特征在于，所述數據操作模塊提供常用文件數據操作接口，包括：讀操作和寫操作。

4.根據權利要求3所述的基于非易失內存文件系統的快速緩存系統，其特征在于，所述讀操作的過程包括如下步驟：

步驟1.1：根據文件inode號獲得該文件的元數據結構；

步驟1.2：更新LRU隊列，將該元數據結構置為隊首；

步驟1.3：獲取該元數據結構的讀寫鎖控制權；

步驟1.4：檢測本次讀取的數據是否在緩存中，若不在，則直接從該文件對應的映射區域讀取該數據；若該數據已被緩存，則直接從緩存中讀取；

步驟1.5：根據當前緩存系統設定的讀數據的溫度權重，增加該數據的溫度；

步驟1.6：返回本次讀取數據的長度。

5.根據權利要求3所述的基于非易失內存文件系統的快速緩存系統，其特征在于，所述寫操作的過程包括如下步驟：

步驟2.1：根據文件inode號獲得該文件的元數據結構；

步驟2.2：更新LRU隊列，將該元數據結構置為隊首；

步驟2.3：獲取該元數據結構的讀寫鎖控制權；

步驟2.4：根據寫入數據的長度和文件的長度判斷此次寫操作的類型是否為追加寫；

步驟2.5：根據該元數據結構的同步標志位決定如何寫入數據；

步驟2.6：數據寫入完成后，根據當前緩存系統設定的寫數據的溫度權重，增加該數據的溫度；

步驟2.7：溫度更新完成后，根據本次寫操作寫入字節長度，更新文件元數據結構中的已寫入字節數；

步驟2.8：返回本次寫入數據的長度。

6.根據權利要求5所述的基于非易失內存文件系統的快速緩存系統，其特征在于，所述步驟2.4包括：

當本次寫操作的數據長度和偏移超出當前文件長度，緩存系統認定此次寫為追加寫；

調用ftruncate函數，根據對文件追加寫的長度，增加文件的長度；

調用mmap函數，根據當前文件最后一個映射區域的偏移和新的文件長度，將新增加的文件區域映射到用戶空間中，并在該文件的元數據結構中記錄本次映射的起始地址，映射長度以及映射偏移。

7.根據權利要求5所述的基于非易失內存文件系統的快速緩存系統，其特征在于，所述步驟2.5包括：

當文件的元數據結構標志位為同步標志時，本次寫操作的數據將直接寫回該文件的映射區域；

當文件的元數據結構標志位為異步標志時，緩存系統為數據分配新的數據塊，并將數據寫入數據塊中，并回收舊的數據塊。