[发明专利]一种基于JVM的磁盘直接I/O访问的方法

说明书

一种基于JVM的磁盘直接I/O访问方法，配置提供文件操作函数的API层、屏蔽操作系统文件系统访问差异的适配层、支持多种类编程语言转换的语言转换层、执行访问磁盘操作的直接调用I/O层，实现支持任何一种操作语言能跨越操作系统的页面高速缓存，获得直接操纵磁盘文件的能力；步骤1：调用API层的文件打开函数，传入文件操作指令中的文件路径名，返回文件句柄fd；步骤2：调用API层的文件读取函数或文件写入函数，提供传入文件句柄fd、文件偏移量等参数；步骤3：适配层读取当前运行的操作系统的配置信息，并根据配置信息判断该操作系统的类型，利用JVM的功能特性，调用预存在语言转换层中与操作系统对应的语言转换函数，使文件操作指令能在当前操作系统内执行。

技术领域

本发明隶属于系统文件输入输出的技术领域，具体涉及一种基于JVM的磁盘直接I/O访问的方法。

背景技术

一般的文件读写操作，都不可避免得使用到操作系统的文件系统的页面高速缓存(Page Cache)。Page Cache具有几个特点：首先，它是操作系统级别的全局内存空间，在所有应用程序间进行空间共享。由于物理内存有限，因此会出现资源争用情况。其次，页面高速缓存由操作系统统一管理，应用程序不能直接控制和干涉Page Cache。这在实际工作中，会带来如下问题：

第一、操作大文件时带来的系统整体性能下降。当读写大文件时，譬如当执行读、写、复制、移动、压缩大文件的操作时，系统会消耗大量的Page Cache，由于物理内存空间有限，导致系统中运行中的其它应用程序锁使用的Page Cache空间被交换出去(swappedout)，以释放出足够的Cache空间供其使用。这样一来，其它程序I/O的响应性能急剧下降，甚至会出现长时间无响应的症状，直到文件操作完毕后，才会恢复正常响应。这对于响应性能要求高的服务器程序来说，是不可接受的。譬如在互联网网站的服务端，由于大文件操作过程中该服务器无法在一定时间范围内完成响应，这意味着用户浏览网站的响应时间变长，甚至超时。

第二、数据一致性问题。Cache的维护成本高，应用程序每次写完文件后，实际上是更新了位于Cache中的文件，磁盘上的文件需要等到flush操作后才会刷到磁盘上。若flush之前系统宕机，则会丢失这部分的数据更新。

第三、对底层硬件的控制力弱。传统的基于JVM的应用程序，都无法直接操纵硬件磁盘。虽然Page Cache能够帮助程序提高I/O效率，但这对自缓存(Self-Caching)程序来说却是个障碍。自缓存程序自身维护一套数据从硬件磁盘到内存间的映射关系，它的缓存一致性维护机制往往是跟自身数据的逻辑结构密切相关，与传统的操作系统Page Cache机制存在着较大差异。但是由于操作系统底层提供的Page Cache机制，横亘在自缓存程序与底层磁盘硬件之间，造成昂贵的内存资源的巨大浪费。

JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写，是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM为了保证程序的可移植性，对程序员屏蔽了底层硬件访问细节。程序员只需要编写Java语法的代码，无须关心运行平台的处理器类型和操作系统。由JVM负责解释Java程序，并转换为能够在特定处理器和操作系统上运行的二进制指令。所有的底层硬件访问能力是由JVM提供的，并且JVM封装了一部分接口，通过JDK暴露出API给Java程序员。对于上述磁盘直接IO访问技术，JDK并未提供支持。JDK是Java语言的软件开发工具包，用于移动设备、嵌入式设备上的java应用程序。JDK是整个java开发的核心，它包含了JAVA的运行环境，JAVA工具和JAVA基础的类库。

发明内容