一种非易失内存文件系统索引节点的磨损均衡方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及存储设备技术领域，提供一种非易失内存文件系统索引节点的磨损均衡方法，方法包括：对非易失内存文件系统中索引节点以及索引节点所在的存储单元、物理页和存储域的写次数分别进行统计并判断，并根据判断执行域间磨损均衡算法或域内磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至新的存储位置，从而实现在文件系统这一系统软件层面实现磨损均衡机制，实现存储单元之间的磨损率均衡，进而延长设备使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种非易失内存文件系统索引节点的磨损均衡方法及系统
本专利技术属于存储设备
，尤其涉及一种非易失内存文件系统索引节点的磨损均衡方法及系统。
技术介绍
大数据时代背景下，随着数据量的不断积累和技术的迭代更新，大量新型技术手段被逐渐提出并广泛应用，以此来满足使用者的特殊需求并不断提升用户体验，例如个性化推荐、自动驾驶、虚拟现实等。这些应用场景中存在的普遍特点是用户对响应时延的敏感度较高，这就要求上述应用在使用过程中必须要保证足够低的应用程序响应延迟。而与之相反的是，现有机器学习、图像识别等复杂算法的运行时间较长，无法满足用户对于实时应用的时延需求。现有主流操作系统仍使用基于磁盘介质的文件系统。当需要对大量历史数据进行处理时，受到磁盘介质本身读写带宽较低的限制，使得在数据得到处理之前需要消耗大量的时间用于将其从磁盘读入运行内存，从而极大地增加了算法的运行时间。新型非易失性内存(Non-VolatileMemory,NVM)的提出为这些复杂技术的广泛应用提供了新的机遇和挑战。一方面，学术界和工业界设计并实现了多个以NVM为存储介质的非易失性内存文件系统。区别于磁盘文件系统，这类文件系统充分利用NVM可字节寻址且可持久化存储的特性，优化了传统面向磁盘设备的I/O软件栈，以提高文件系统的读写性能。替换低速的磁盘设备，而将新型非易失性内存作为文件系统的存储介质，能够极大程度上提高文件系统的读写性能，从而有效降低应用程序的响应时延。另一方面，新型非易失性内存NVM的缺陷同样不可忽略，与闪存设备相类似，NVM设备上的存储单元在写入新的内容之前，需要首先对已有数据进行擦除，并且这些存储单元存在耐受度限制，也即其可擦除次数是有限的。此外，由于硬件制造工艺的不同，导致NVM设备上的多个存储单元之间可能存在不同的耐受度。这一特点使得写次数相同时，耐受度较低的存储单元往往具有更加严重的磨损程度。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种非易失内存文件系统索引节点的磨损均衡方法，旨在解决现有技术中非易失内存文件系统的索引节点区域的磨损不均衡，降低了非易失内存文件系统设备的使用寿命。本专利技术所提供的技术方案是：一种非易失内存文件系统索引节点的磨损均衡方法，所述方法包括下述步骤：对非易失内存文件系统中索引节点以及索引节点所在的存储单元、物理页和存储域的写次数分别进行统计；判断对非易失内存文件系统中索引节点的写次数K是否大于等于预设的写次数阈值；当判定非易失内存文件系统中索引节点的写次数K大于等于预设的写次数阈值时，执行域间磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至新的存储域；当判定非易失内存文件系统中索引节点的写次数K小于预设的写次数阈值时，判断所述索引节点所在的存储单元SLOT的写次数是否超过当前所有运行周期内累计所允许的最大写次数；当判定所述索引节点所在的存储单元SLOT的写次数超过当前所有运行周期内累计所允许的最大写次数时，执行域内磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至当前新的存储域或相邻存储域寻找新的存储位置。作为一种改进的方案，所述对非易失内存文件系统中索引节点以及索引节点所在的存储单元、物理页和存储域的写次数分别进行统计的步骤之前还包括下述步骤：根据存储域的个数以及耐受度差异，将索引节点空闲存储单元以多链表的形式进行组织，并配置从所述链表头部开始分配，从所述链表尾部回收。作为一种改进的方案，所述当判定非易失内存文件系统中索引节点的写次数K大于等于预设的写次数阈值时，执行域间磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至新的存储域的步骤具体包括下述步骤：判断当前存储域中的索引节点li的写次数是否超过期望写次数最大值；当判定当前存储域中的索引节点li的写次数超过期望写次数最大值时，计算所述索引节点li的重量因子；根据根据与预先创建的存储域匹配算法，计算与所述索引节点li的重量因子相匹配的存储域；当计算得到与所述索引节点li的重量因子相匹配的存储域时，控制将所述索引节点li迁移至计算得到的所述存储区；当判定当前存储域中的索引节点li的写次数未超过期望写次数最大值时，则返回继续判断。作为一种改进的方案，所述当判定所述索引节点所在的存储单元SLOT的写次数超过当前所有运行周期内累计所允许的最大写次数时，执行域内磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至当前新的存储域或相邻存储域寻找新的存储位置的步骤具体包括下述步骤：当判定所述索引节点所在的存储单元SLOT的写次数超过当前所有运行周期内累计所允许的最大写次数时，查找并判断在所述索引节点所在的存储域内是否存在物理页写次数低于所述存储域所有物理页写次数的平均值的物理页；当所述索引节点所在的存储域内存在物理页写次数低于所述存储域所有物理页写次数的平均值的物理页时，将所述索引节点迁移至查找到的写次数最少的物理页上，同时对两个物理页的索引节点进行交换更新；当所述索引节点所在的存储域内不存在物理页写次数低于所述存储域所有物理页写次数的平均值的物理页时，查找判断所述索引节点所在的存储域内是否存在物理页写次数低于物理页在运行周期内累计的所允许最大写次数的物理页；当所述索引节点所在的存储域内存在物理页写次数低于物理页在运行周期内累计的所允许最大写次数的物理页时，将所述索引节点迁移至查找到的物理页写次数低于物理页在运行周期内累计的所允许最大写次数的物理页上，同时对两个物理页的索引节点进行交换更新；当所述索引节点所在的存储域内不存在物理页写次数低于物理页在运行周期内累计的所允许最大写次数的物理页时，则在当前的存储域的相邻存储域中，按照存储域所有物理页写次数的平均值和在运行周期内累计的所允许最大写次数的方式查找物理页，并将索引节点迁移至对应的物理页上。本专利技术的另一目的在于提供一种非易失内存文件系统索引节点的磨损均衡系统，其特征在于，所述系统包括：写次数统计模块，用于对非易失内存文件系统中索引节点以及索引节点所在的存储单元、物理页和存储域的写次数分别进行统计；第一写次数判断模块，用于判断对非易失内存文件系统中索引节点的写次数K是否大于等于预设的写次数阈值；域间均衡处理模块，用于当判定非易失内存文件系统中索引节点的写次数K大于等于预设的写次数阈值时，执行域间磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至新的存储域；第二写次数判断模块，用于当判定非易失内存文件系统中索引节点的写次数K小于预设的写次数阈值时，判断所述索引节点所在的存储单元SLOT的写次数是否超过当前所有运行周期内累计所允许的最大写次数；域内均衡处理模块，用于当判定所述索引节点所在的存储单元SLOT的写次数超过当前所有运行周期内累计所允许的最大写次数时，执行域内磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至当前新的存储域或相邻存储域寻找新的存储位置。作为一种改进的方案，所述系统还包括：链表处理模块，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非易失内存文件系统索引节点的磨损均衡方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：/n对非易失内存文件系统中索引节点以及索引节点所在的存储单元、物理页和存储域的写次数分别进行统计；/n判断对非易失内存文件系统中索引节点的写次数K是否大于等于预设的写次数阈值；/n当判定非易失内存文件系统中索引节点的写次数K大于等于预设的写次数阈值时，执行域间磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至新的存储域；/n当判定非易失内存文件系统中索引节点的写次数K小于预设的写次数阈值时，判断所述索引节点所在的存储单元SLOT的写次数是否超过当前所有运行周期内累计所允许的最大写次数；/n当判定所述索引节点所在的存储单元SLOT的写次数超过当前所有运行周期内累计所允许的最大写次数时，执行域内磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至当前新的存储域或相邻存储域寻找新的存储位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种非易失内存文件系统索引节点的磨损均衡方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
对非易失内存文件系统中索引节点以及索引节点所在的存储单元、物理页和存储域的写次数分别进行统计；
判断对非易失内存文件系统中索引节点的写次数K是否大于等于预设的写次数阈值；
当判定非易失内存文件系统中索引节点的写次数K大于等于预设的写次数阈值时，执行域间磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至新的存储域；
当判定非易失内存文件系统中索引节点的写次数K小于预设的写次数阈值时，判断所述索引节点所在的存储单元SLOT的写次数是否超过当前所有运行周期内累计所允许的最大写次数；
当判定所述索引节点所在的存储单元SLOT的写次数超过当前所有运行周期内累计所允许的最大写次数时，执行域内磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至当前新的存储域或相邻存储域寻找新的存储位置。


2.根据权利要求1所述的非易失内存文件系统索引节点的磨损均衡方法，其特征在于，所述对非易失内存文件系统中索引节点以及索引节点所在的存储单元、物理页和存储域的写次数分别进行统计的步骤之前还包括下述步骤：
根据存储域的个数以及耐受度差异，将索引节点空闲存储单元以多链表的形式进行组织，并配置从所述链表头部开始分配，从所述链表尾部回收。


3.根据权利要求1所述的非易失内存文件系统索引节点的磨损均衡方法，其特征在于，所述当判定非易失内存文件系统中索引节点的写次数K大于等于预设的写次数阈值时，执行域间磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至新的存储域的步骤具体包括下述步骤：
判断当前存储域中的索引节点li的写次数是否超过期望写次数最大值；
当判定当前存储域中的索引节点li的写次数超过期望写次数最大值时，计算所述索引节点li的重量因子；
根据根据与预先创建的存储域匹配算法，计算与所述索引节点li的重量因子相匹配的存储域；
当计算得到与所述索引节点li的重量因子相匹配的存储域时，控制将所述索引节点li迁移至计算得到的所述存储区；
当判定当前存储域中的索引节点li的写次数未超过期望写次数最大值时，则返回继续判断。


4.根据权利要求3所述的非易失内存文件系统索引节点的磨损均衡方法，其特征在于，所述当判定所述索引节点所在的存储单元SLOT的写次数超过当前所有运行周期内累计所允许的最大写次数时，执行域内磨损均衡算法，将非易失内存文件系统中索引节点迁至当前新的存储域或相邻存储域寻找新的存储位置的步骤具体包括下述步骤：
当判定所述索引节点所在的存储单元SLOT的写次数超过当前所有运行周期内累计所允许的最大写次数时，查找并判断在所述索引节点所在的存储域内是否存在物理页写次数低于所述存储域所有物理页写次数的平均值的物理页；
当所述索引节点所在的存储域内存在物理页写次数低于所述存储域所有物理页写次数的平均值的物理页时，将所述索引节点迁移至查找到的写次数最少的物理页上，同时对两个物理页的索引节点进行交换更新；
当所述索引节点所在的存储域内不存在物理页写次数低于所述存储域所有物理页写次数的平均值的物理页时，查找判断所述索引节点所在的存储域内是否存在物理页写次数低于物理页在运行周期内累计的所允许最大写次数的物理页；
当所述索引节点所在的存储域内存在物理页写次数低于物理页在运行周期内累计的所允许最大写次数的物理页时，将所述索引节点迁移至查找到的物理页写次数低于物理页在运行周期内累计的所允许最大写次数的物理页上，同时对两个物理页的索引节点进行交换更新；
当所述索引节点所在的存储域内不存在物理页写次数低于物理页在运行周期内累计的所允许最大写次数的物理页时，则在当前的存储域的相邻存储域中，按照存储域所有物理页写次数的平均值和在运行周期内累计的所允许最大写次数的方式查找物理页，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈咸彰，王鑫鑫，沙行勉，杨朝树，诸葛晴凤，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50