[发明专利]日志结构化文件系统中的垃圾回收方法和设备

说明书

一种用于进行日志结构化文件系统中卷的垃圾回收的垃圾回收设备(30)。所述卷包括多个分段，其中，每个分段都包含多个块。所述设备(30)包括状态参数确定单元(31)，用于：确定所述每个块的块状态参数、所述每个分段的分段状态参数、卷状态参数。另外，所述设备(30)包括垃圾回收确定单元(32)，用于：基于所述分段状态参数确定垃圾回收队列，基于所述卷状态和所述垃圾回收队列确定垃圾回收分段。所述设备(30)包括垃圾回收单元(33)，用于进行所述垃圾回收分段的垃圾回收。

技术领域

本发明涉及日志结构化文件系统中的垃圾回收，尤其涉及有效进行垃圾回收的方法和设备。

背景技术

日志结构化文件系统(Log structured file system，简称LFS)的基本思想是缓冲文件缓存中文件系统更改的顺序，然后在单个磁盘写入操作中将所有更改依次写入磁盘，以提高写入性能。在写入操作中写入磁盘的信息包括文件数据块、属性、索引块、目录以及用于管理文件系统的几乎所有其他信息。日志结构化文件系统采用顺序结构将所有的新信息写入磁盘，其中，该顺序结构称为日志。

LFS不会将inode放在固定位置，而是将它们写入日志。LFS使用称为inode映射的数据结构维护每个inode的当前位置。给定了一个文件的标识号，必须对inode映射进行索引，以确定inode的磁盘地址。将inode映射划分为写入日志的块。每个磁盘上的固定检查点区域标识了所有inode映射块的位置。

这在图1中可以轻易看到。特别地，示出了日志结构化文件系统磁盘布局10。

日志结构化文件系统最难的设计问题是空闲空间的管理。目标在于维持大量的空闲范围用于写入新的数据。最初，所有的空闲空间都位于磁盘上的单个范围，但是在日志到达磁盘的末端时，将空闲空间分成同时删除或覆盖的文件对应的许多小范围。

从这一点开始，文件系统有两种选择：线程和复制。第一种选择是将实时数据保留在适当的位置，并通过空闲范围对日志进行线程。然而，线程会使空闲空间严重分散。第二种选择是对日志中的实时数据进行复制，从而保留大量空闲的写入范围。在日志头以压缩的形式对实时数据进行回写。复制的不足在于其成本，特别是对于长久的文件来说。

图2中已经轻易示出了上述两种选择。左边示出了线程前后的日志20，而右边示出了复制及压缩前后的日志21。

为了使日志结构化文件系统有效运行，必须一直确保大范围的空闲空间可用于新数据的写入。其中一个解决方案是基于称为分段的大范围，其中，分段清理过程通过对大量分段的分段的实时数据进行压缩从而连续地重新生成空段。

对分段的实时数据进行复制的过程称为分段清理或垃圾回收(garbagecollection，简称GC)。在LFS中，这是一个简单的三步过程：将多个分段读入内存，识别实时数据以及将实时数据写回较少的干净分段。此操作完成后，将读取的分段标记为干净，其可用于新数据或其他的清理。

随着存储尺寸的增加，用于进行垃圾回收的常规方法负担过重。进行整个卷的碎片整理需要很长时间，而这是相当必要的。因此，本发明的目的在于提供一种设备和方法，使得可以在日志结构化文件系统中有效地进行垃圾回收。

发明内容

上述目的通过方法的权利要求1以及设备的权利要求10的特征解决。此外，上述目的通过相关的计算机程序的权利要求9的特征解决。从属权利要求包含进一步的发展。

本发明的目的在于提出一种确定日志结构化文件系统(Log structured filesystem，简称LFS)的卷的分段和老化状态的方法，其目的在于使用复制方法时制定灵活的垃圾回收(garbage collection，简称GC)策略。