[发明专利]键值文件系统

说明书

一种文件系统包括：应用编程接口(API)，其配置为提供对在主机上运行的应用的文件系统访问；键值文件系统，其配置为将文件或目录表示为包括一个或多个键值对的索引节点；虚拟文件系统，其配置为将从应用接收的文件系统调用引导到键值文件系统；以及键值API，其配置为提供对存储在数据存储设备中的数据的文件系统访问。索引节点中包含的每个键值对都包括作为键的文件或目录的名称以及作为值的与文件或目录相关联的容器的标识符。文件的数据存储在数据存储设备中，被分成一个或多个固定大小的数据块，并且与文件的数据相关联的一个或多个数据块中的每一个数据块都可使用一个或多个键值对在键值文件系统内访问到。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年4月26日提交的美国临时专利申请第62/490,297号和2017年7月10日提交的美国非临时专利申请第15/645,916号的权益和优先权，这些专利申请的全部内容通过引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开总体上涉及一种用于数据存储系统的文件系统，更具体地涉及一种利用键值对来表示文件和目录的文件系统。

背景技术

计算机系统的文件系统采用了名称空间，并对文件系统的文件和目录进行管理。这种名称空间允许在计算机系统上运行的应用通过遍历目录以到达存储在数据存储设备中的所需文件来实现对数据的访问。

名称空间还维护高速缓存并组织存储在数据存储设备上的数据，由此使得应用能更快地访问数据。例如，包含许多文件的大型目录可以分布在数据存储设备上的许多数据块中。对数据块进行管理需要的是多级元数据。若要查找大型目录中的条目(例如，文件或目录)，名称空间需要遍历大型目录的所有元数据。因此，遍历大型目录涉及到对存储条目的数据存储设备执行多次输入/输出(I/O)操作。

文件系统还对脏数据加以维护。文件系统通常会向数据存储设备执行多次往返，以便为脏数据和高速缓存中的关联元数据分配数据块。通过在主机上运行的同步线程，脏数据块定期地被冲刷到数据存储设备。主机可以采用各种算法以最佳方式将脏数据从高速缓存冲刷到数据存储设备。文件系统还可以结合元数据来管理空闲的数据块和使用过的数据块。文件系统的性能取决于写入数据存储设备的数据的效率。文件系统可以高效地分配和释放数据存储设备上的数据块，从而实现最佳性能。

当数据被写入到数据存储设备上时，文件系统可以发生碎片化。发生了碎片化的文件系统可以按照对数据存储设备执行随机I/O操作的碎片化模式来运行。某些文件系统可以支持数据碎片整理以及连续数据块中的数据重组，进而提高I/O性能。然而，传统的文件系统消耗了大量的主机中央处理单元(CPU)周期来执行数据块管理以及存储在数据存储设备中的数据的碎片整理。

发明内容

根据一个实施例，一种文件系统包括：应用编程接口(API)，其配置为提供对在主机上运行的应用的文件系统访问；键值文件系统，其配置为将文件或目录表示为包括一个或多个键值对的索引节点；虚拟文件系统，其配置为将从应用接收的文件系统调用引导到键值文件系统；以及键值API，其配置为提供对存储在数据存储设备中的数据的文件系统访问。索引节点中包含的每个键值对都包括作为键的文件或目录的名称以及作为值的与文件或目录相关联的容器的标识符。文件的数据存储在数据存储设备中，被分成一个或多个固定大小的数据块，并且与文件的数据相关联的一个或多个数据块中的每一个数据块都可使用一个或多个键值对在键值文件系统内访问到。

根据另一个实施例，一种方法包括：将文件或目录存储在数据存储设备中作为包括键值文件系统中的一个或多个键值对的索引节点；从在主机上运行的应用接收文件系统访问请求；将文件系统访问请求引导至对数据存储设备的文件系统调用；以及提供对存储在数据存储设备中的数据的文件系统访问。索引节点中包含的每个键值对都包括作为键的文件或目录的名称以及作为值的与文件或目录相关联的容器的标识符。文件的数据存储在数据存储设备中，被分成一个或多个固定大小的数据块，并且与文件的数据相关联的一个或多个数据块中的每一个数据块都可使用一个或多个键值对在键值文件系统内访问到。