[发明专利]一种基于非易失性内存文件系统的元数据管理方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机存储器管理的技术领域，具体涉及考虑非易失性内存磨损均衡的文件系统的元数据管理方法。

背景技术

随着新型非易失性存储器的出现，企业界和学术界提出将存储密度大、读写速度快、可按字节寻址和抗震动的非易失性内存制作为持久性的数据存储设备，称为存储级内存（Storage Class Memory，简称SCM）。

为了管理存储级内存，已经设计出多种内存文件系统。例如IBM设计的PMFS, “System software for persistent memory,” in Proc. 9th ACM Euro. Conf. Comput. Syst., pp 15:1—15:15, 2014, ISBN: 978-1-4503-2704-6 (“面向持久性内存的系统软件”，第9届美国计算机学会欧洲计算机系统会议，第15篇1到15页，2014年，ISBN: 978-1-4503-2704-6)。重庆大学自主研发的SIMFS，“Designing an Efficient Persistent In-Memory File System”，2015 IEEE Non-Volatile Memory System and Applications Symposium, pp 1-6, 2015，DOI: 10.1109/NVMSA.2015.7304365（“高效持续性内存文件系统设计”，2015年电气和电子工程师协会非易失性内存系统及应用研讨会，第1-6页，DOI: 10.1109/NVMSA. 2015.7304365）。

虽然已经设计出了多种内存文件系统用于管理存储级内存，但非易失性内存还存在一些挑战。非易失性内存面临的主要挑战是每一个存储单元只能经受有限次写操作（10⁵～10⁸次），在超过此数目之后，由于频繁的膨胀和收缩，加热电阻会发生脱落，导致存储单元再也无法改变相态。解决非易失性内存耐久性问题的主要办法是采用磨损均衡来协调写地址的不平衡性，避免局部存储单元由于更为频繁的写操作而率先磨损失效。

由于非易失性内存写次数有限制的原因，对写频繁的操作，比如元数据的修改必须实现磨损均衡。而常规的元数据管理方式是：固定一块区域用于记录所有元数据的信息，这种方法的最大缺点是在反复的修改元数据时，容易对非易失性内存造成损毁。因此，常规的元数据管理方式不能适用于内存文件系统。

现有技术中，文件索引节点inode元数据管理方法有两种：

第一种是树形结构，这种方式下文件索引节点的存储管理都很灵活，而且便于扩张，但是这种方法查找速度慢而且存储空间开销大。例如：BPFS用树形结构组织inode，使得inode的分配、回收和物理空间的选择非常灵活，扩展性好，但是同时也使得inode的检索更加复杂，查询inode耗时较多，并且诸多中间节点会造成较大的存储空间开销。

第二种是数组结构，将所有文件索引节点存放在固定区域，而且文件索引节点大小为定值，因此可以通过文件索引节点号直接定位文件索引节点的地址，这种方法可以迅速找到文件的文件索引节点，但是扩展性较差，需要固定文件索引节点数量，即固定系统支持的文件总量；且固定一块区域极易造成磨损。

例如：pmfs的日志管理方式就是在非易失性内存上利用连续的物理区域来保证PMFS文件系统的元数据一致性，它没有实现文件数据写的一致性。由于它的元数据固定在这块物理区域，每次写都在这块物理地址区域，容易造成这块物理区域磨损，即不能实现这块区域的磨损均衡。

本说明书中，常用术语的说明如下：

MMUMemory Management Unit 存储器管理单元，

inoinode的结点号，

映射表 查找inode物理位置的索引表，

M指每个物理页写的counter最大上限。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于非易失性内存文件系统的元数据管理方法，它能够保证非易失性内存写的磨损均衡，还能够快速访问到元数据。

要解决上述技术问题，本发明包括以下步骤：

步骤1、 把文件索引节点以数组形式组织为一个索引节点区，索引节点区的每个文件索引节点都有一个固定的编号；

步骤2、 依照系统页表的格式给文件索引节点区建立一个映射表，映射表的最高级指针存放在文件系统的超级块中；