[发明专利]一种保持文件系统缓存一致性的方法

说明书

1、技术领域

本发明涉及计算机系统及通信技术领域，具体涉及一种保持文件系统缓存一致性的方法。

2、技术背景

为了提高文件系统的访问效率，一般文件系统都会使用缓存机制。这种机制采用软件方法，将最近最新访问的数据存储在内存中。当进程需要再次访问数据时，不需要访问磁盘，而是直接在内存中读写。

对于写操作，当进程向磁盘中写入数据时，操作系统首先确认相关的数据块是否存在缓存中，如果没有，则从磁盘中读入缓存，然后将新数据写入缓存。磁盘I/O操作会在稍后某个合适的时机执行。这样就给了进程再次修改该数据的机会，减少了磁盘I/O次数，从而大大提高了系统吞吐量。

这种机制造成的问题是，当系统意外宕机时，缓存中的“脏”数据可能因会没有及时写回磁盘而丢失。在7*24小时运行环境中，这类情况造成的后果是严重的。一般情况下，服务器不负责数据存储，理所当然不需要考虑此类风险，因此，目前的大多数HA(高可用)方案并不把此风险考虑在内。但是，如果是存储设备，或者说服务器直接负责数据的存储，那么，我们就必须有一种方案解决此问题。

3、发明内容

为了解决文件系统中缓存在异常宕机丢失问题，本发明提供了一个保持文件系统缓存一致性的方法。

本发明的方法要解决技术方案是按以下方式实现的，在工作服务器文件系统层写入数据块时，实时备份到备份服务器(或其它设备)，备份完成之后才通知进程数据写入完毕。当数据磁盘I/O操作完成后，实时解除备份，使用备份不会无限增加，具体步骤如下：

1)在工作服务器操作系统写数据的处理过程中加入回调函数block_commit_write()，通过一个应用协议将数据传输到备份机，并保存在内存中一个io_sync()，获取写入到磁盘的数据块信息，通过应用协议传输到备份机，并根据此信息删除已经备份的数据块，假若工作服务器出现宕机，备份机首先将树形链表中的缓存写入磁盘，然后接替服务；

2)回调函数获取指定磁盘中的所有写入数据块及相关信息，传输到备份机，当得到数据备份完成的响应后，通知用户磁盘写操作完成，回调函数在驱动层之上不依赖于具体的磁盘。

本发明的有益效果是：不依赖于具体的磁盘类型，有效降低部署和使用成本。为了提高遍历和修改备份数据块的效率，备份的数据块采用树形结构存储。根结点可存储一些全局的信息，其子树的根结点表示服务端需要备份的磁盘，并按设备号有序排列。数据块按起始扇区号大小构成磁盘结点的子树，以二叉树形式排列，这样所有的数据都可以有序查找到。因此，在系统层操作过程中优化的数据结构可以明显提高系统性能。

4、附图说明

附图1是缓存一致性实现流程图；

附图2是缓存备份存储结构示意图。

5、具体实施方式

参照附图对本发明的方法作以下详细的说明。

本发明的方法要解决技术方案是按以下方式实现的，在工作服务器文件系统层写入数据块时，实时备份到备份服务器(或其它设备)，备份完成之后才通知进程数据写入完毕。当数据磁盘I/O操作完成后，实时解除备份，使用备份不会无限增加。

具体步骤如下：

1)获取文件系统写操作和磁盘I/O获取系统写操作，磁盘I/O会根据操作系统平台的不同而不同。例如，在Linux系统中，可以在VFS(虚拟文件系统)层加入回调函数实现。当数据写入时，可以在函数block_commit_write()中加入回调，同样，当数据提交到磁盘时，可在函数end_bio_io_sync()中加入回调。

2)工作服务器与备份服务器的通信为了方便服务端和备份端通信，本发明提供了一整套的能信协议，该通信协议可以运行在多种网络环境中，不限于以太网、PCI-E等通信方式。该协议有两种数据包，分别是操作包和响应包。操作包用于工作服务器向备份服务器请求备份或解除备份操作。响应包是备份服务器处理完指定的操作时，对工作服务器的响应，用于服务器决定下一步工作。

如果此协议在非可靠的网络环境中运行，本协议提供了校验和重发机制，以此保证数据传输的可靠性。

●操作包有四个必要字段和三个可选字段构成：

i.操作：指定备份服务器需要进行的操作

ii.设备识别号：磁盘(分区)唯一标识

iii.起始扇区：数据块所对应的第一个扇区号

iv.大小：数据块的长度(字节)

数据项(可选项)：数据块中包含的数据，如果操作是备份数据块，此项必填。

v.校验码(可选项)：整个操作包的构码。在计算校验码时此项设为0