[发明专利]一个基于NVM的高性能、可扩展的轻量级文件系统

权利要求书

1.一个基于NVM的高性能、可扩展的轻量级文件系统，包括：超级块，索引节点表，哈希表，区段表，元数据日志，数据日志，位图和文件数据空间；所述超级块包含了整个文件系统的信息；所述索引节点表中存储索引节点，每个所述索引节点存储了必要的元数据信息；所述哈希表用于组织文件系统命名层，其每一个哈希桶是一个链接了具有相同哈希值的索引节点的链表；所述区段表存储区段，每个所述区段存储一段以字节单位组织的连续区域信息；每个文件的数据由基于所述区段表的文件树管理；所述元数据日志和所述数据日志均包含多个日志文件，为目录操作和文件操作提供原子性保证；所述位图表示文件系统中每个数据块的使用情况；所述文件数据空间存储文件数据，以4KB大小的块为单位进行管理；文件系统的操作流程为，首先根据写操作给定的起始位置查找B+树中对应的区段extent1；由于写数据占三个块大小，所以申请三个块大小的新数据空间，用起始偏移对每个块所占字节取模，计算在NVM上的写起始位置，写下新数据，并用新的extent2记录这个数据片段的信息；由于是覆盖写操作，文件系统将原有的extent1拆分，用新的extent1记录没有被覆盖写的前面部分，用extent3记录没有被覆盖写的后面部分；最后将这三个新的区段插入到文件树中，完成write操作。

2.如权利要求1所述的文件系统，其特征在于，所述索引节点表为非易失存储NVM上的一块连续的区域存储所述索引节点，由内存中的每CPU链表管理所述索引节点的申请和释放，每个所述索引节点占128字节空间，存储了必要的文件元数据信息，所述元数据信息包括文件名、文件大小、文件树第一个叶节点位置等，文件系统可以通过给定的索引节点编号对所述索引节点进行寻址访问，所述哈希表为一个全局结构，用于管理文件系统命名空间，其每一个哈希桶是一个链接了具有相同哈希值的索引结点的链表；所述区段表为NVM上的一块连续的区域存储所述区段，由内存中的每CPU链表管理所述区段的申请和释放，所述区段以字节为单位记录对应的文件数据片段在文件中的起始偏移和这段连续空间的字节数，所述文件树是以字节单位键值进行索引的B+树，索引键值根据每个文件数据片段的起始偏移生成，每个叶节点均有指针指向键值对应的区段，文件系统中的每个文件都在内存中建立了完整的B+树进行索引，NVM只记录所述文件树的叶节点(区段)，所有区段链接起来以便进行内存文件树的重建，在该文件的索引节点中记录第一个区段的位置。

3.如权利要求2所述的文件系统，其特征在于，所述文件系统将哈希表和元数据日志映射，每一个哈希桶根据其哈希值对元数据日志文件数取模分配其对应的元数据日志文件；每个所述索引节点具有各自的数据日志，在同步文件数据时申请日志文件，当一个日志文件写满时申请新的日志文件并将其链接到最后一个日志文件尾部。

4.如权利要求1所述的文件系统，其特征在于，包括一个适用于NVM命名空间管理的轻量级命名层，所述轻量级命名层由传统的虚拟文件系统和底层文件系统的命名空间整合后重新设计而成，所述轻量级命名层提供命名和权限检查功能，将虚拟文件系统中的多个关键数据结构压缩成一个所述索引节点结构，采用一个全局的哈希表管理整个命名空间，所述文件系统采用双向链表组织目录结构，在表示目录的索引节点中包含一个指向第一个子目录的指针，所有的子目录都由双向链表进行链接；所述文件树的每个叶子节点表示一个有连续空间的文件数据片段，用字节粒度的所述区段管理，记录了所述数据片段在文件中的起始偏移和连续的字节数，相应的，文件树的索引键值由这所述数据片段的起始偏移构成。

5.如权利要求1所述的文件系统，其特征在于，当在内存上的哈希桶中插入一个索引节点时，在NVM上申请新的索引节点并初始化为更新的信息，在日志中只记录所述索引节点的地址，不需记录更新的信息；当文件树插入、删除或者更新区段时，数据日志需要将更新的区段地址记录到日志文件中，记录文件区段的更新时，先在NVM上申请新的区段并初始化为更新的信息，然后在数据日志中记录新区段的地址和旧的区段的地址。