[发明专利]基于文件系统的NFS数据I/O加速方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机数据存储技术，特别是一种Linux的网络文件系统（NFS）数据的读写（I/O）方法。

背景技术

网络文件系统（NFS，Network File System的简写）是FreeBSD支持的文件系统中的一种，允许一个系统在网络上与他人共享目录和文件。现有Linux系统下的NFS进行数据读写是通过远程过程调用协议（RPC，Remote Procedure Call Protocol的简写，是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。）请求实现的，每个RPC包中都带有NFS请求/响应包。典型的NFS数据流模型如图1所示的：每个NFS请求包都包含RPC包头信息，先经过RPC层，RPC层接收完整的RPC包，解析出NFS包，然后传到NFS 层，再解析NFS请求的指令，最后由虚拟文件系统层（Virtual File System 、VFS）执行相应的存入或读取动作。这样，每次I/O，都要从系统中分配内存，并且物理存储介质会有一次以上I/O操作，性能较低。

发明内容

本发明的目的为了克服背景技术所说的现有Linux系统NFS数据I/O的缺陷，发明一种速度更快、效率更高的I/O方法。

本发明的方法是，使用连续的物理内存当作NFS的I/O缓冲区（cache）；RPC层接收数据包时，边接收边解析，解析出每个数据包中NFS写请求的包，确定是NFS数据包开始接收其数据段时，从NFS的I/O缓冲区（cache）中分配所需的内存，并将NFS数据段接收到该缓冲区内；从NFS的I/O缓冲区分配内存时，目标地址连续的NFS数据分配连续的内存，多个连续的NFS数据组合到一个连续的物理内存里面；当累积到如下条件之一时，一次性把一段连续物理内存的整段数据刷到物理存储介质中：

(1)   当缓冲区快填满时；

(2)   当请求中的目标逻辑地址与缓冲区中已填入的数据地址不连续时；

(3)   超过设定的时间上限，没有新的请求，而缓冲区中仍有数据时；

数据刷入物理存储介质以后清空NFS的I/O缓冲区。

为了防止缓冲区正在刷数据时，外部请求暂时无法分配到缓冲区内存，优选方案是：同时使用多个缓冲区，每一时刻，只有一个缓冲区处于活动状态(Active)，分配内存都优先从活动状态的缓冲区分配，当该缓冲区要刷新数据时，激活下一个缓冲区，多个缓冲区依次循环使用。

本发明的方法，可以明显减少物理存储设备的I/O次数，降低能耗，提高速度；同时，本发明方法将小的请求包数据通过缓冲区累积形成大块的数据进行I/O操作，可以提高性能。

附图说明

图1，现有技术的NFS数据流图示意图；

图2，本发明方法的流程模型图。

具体实施方式

本发明方法仅涉及使用标准RPC协议的网络文件系统（NFS）数据在RPC协议层的接收到存储至物理存储介质的I/O流程，而不涉及现有技术中的数据传输的其他过程。除本发明所述的这部分流程以外，其他流程照样可以使用现有方法实现而没有冲突。

如图2的原理模型，数据流依然经过RPC层、NFS层和VFS层，最后将储存到物理存储介质，本发明所述的数据I/O就在这部分完成。一个NFS数据请求包括有RPC字头（RPC Header）、NFS字头（NFS Header）和需要I/O的数据段。

在RPC层中实现了一个NFS解析模块，边接收边解析。另一方面，在物理存储介质中，分配出NFS的I/O缓冲区（NFS Cache），这里根据需要设置有多个I/O缓冲区：缓冲区0（NFS Cache0）、缓冲区1（NFS Cache1）……多个I/O缓冲区一次循环使用。接收到的I/O数据段，检查是否需要写入I/O缓冲区，是的话则写入；同时，还判断是否需要切换I/O缓冲区。连续的数据写入I/O缓冲区的连续内存地址，当满足下列三种条件之一的情况，则将积累的一段数据以直接I/O方式刷入物理存储介质。这三种情况是：1，当前I/O缓冲区填满，无法写入新数据；2，当请求中的目标逻辑地址与缓冲区中已填入的数据地址不连续时，也就是说不是连续地址数据，无法形成连续数据不能累计成大段数据；3，超过预先设定的时间上限，一直没有新的请求下来，而缓冲区中仍有数据；这是说明数据传输停止的情况。

数据刷到物理存储介质（如磁盘）以后，清空当前使用的I/O缓冲区，重新开始本发明方法的流程。

多个I/O缓冲区循环依次使用是指在数据写入I/O缓冲区的时候，其他外部请求无法使用该段分配内存造成堵塞，降低I/O效率；每次只有一个I/O缓冲区被激活（Active）使用，前述切换I/O缓冲区的情况即是基于此产生。