[发明专利]嵌入式Linux下大容量闪存文件系统的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式文件系统领域，特别是涉及一种嵌入式Linux下大容量闪存文件系统的实现方法。

背景技术

嵌入式Linux是按照嵌入式操作系统要求设计的一种小型操作系统。由一个Kernel(内核)和一些根据需求进行定制的系统模块组成[6]。其Kernel很小，一般只有几百KB左右的大小。即使加上其它必要的模块和应用程序，所占的存储空间也很小。

嵌入式Linux操作系统的主要特点有：精简标准的Linux内核，适应于多种CPU和硬件平台，性能稳定，裁减性很好，开发使用容易，还可以使用Unix或Linux上的应用程序。现在，嵌入式Linux也可以Windows下的多媒体应用。嵌入式Linux操作系统具有高度的灵活性，开发者可以很容易地对它进行定制或作适当开发，来满足实际应用需要。

在嵌入式Linux下，一个管理操作系统和用户数据的有效方法就是使用文件系统。嵌入式Linux支持的文件系统类型多样，可以根据系统存储器介质类型和系统应用目的进行选择。

为了提供对各种类型文件系统的有效支持，嵌入式Linux提供了一个虚拟文件系统层，抽象了用户的文件读写操作，对于用户来说，所有的文件系统系统调用都有统一的接口，具体实现细节都被隐藏到虚拟文件系统对具体文件系统的调用中。该虚拟文件系统层方便了嵌入式Linux的移植。

随着Nand闪存制造工艺的不断改进以及制造成本的不断下降，Nand闪存已取代其他非易失存储器成为移动存储市场的主流存储介质，前景无限。这几年，国内外计算机科学界不少科研机构开始或强加对Nand闪存管理技术的研究。研究方向大致可分为以下几个：

1、Nand闪存块映射技术：使用一个中间层驱动，将Nand闪存模拟成一个传统可随意读写的块设备，并使用传统的磁盘文件系统进行管理。美国人Ban于1995年和1997年分别提出的FTL技术以及NFTL技术是这种技术的前驱。当前的研究热点包括：Nand闪存中大量数据存贮的热点发现和处理、可伸缩块映射技术等；

2、Nand闪存上的应用相关复杂数据的实现研究。如在Nand闪存上实现B-树或者R-树、移动通信以及传感网络上的Nand闪存应用等等。

其他方面的研究还包括Nand闪存启动XIP技术以及闪存实时性研究。

3、Nand闪存专用文件系统研究。一个Nand闪存文件系统必须充分考虑Nand闪存的物理特性，在有效存储的基础上，管理好Nand闪存的使用寿命。关于Nand闪存文件系统研究的领域较多包括：文件系统快速初始化、文件系统日志化管理、系统崩溃恢复、垃圾收集与页面分配技术等等。

目前的Nand闪存文件系统的研究把重点放在如果充分挖掘Nand闪存的存储特性，通过合理设计文件系统支持擦写平衡、保证Nand闪存的使用寿命、提升访问性能，但对于大容量Nand闪存以及文件系统缺乏充分考量，特别是对大文件的随机访问缺乏有效的支持。

大容量闪存存储器的典型特点就是存储器内的页面数较普通闪存相比有大幅提高。因此，设计大容量闪存文件系统除了考虑像设计普通闪存文件系统的问题外，还需要考虑和解决由于闪存容量增大所带来的新问题，如：随之而来的文件系统初始化时间变长、大量页面管理方法、页分配算法、大尺寸文件的存储和访问等。本发明中的闪存即是指大容量的Nand闪存。ssss

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入式Linux下大容量闪存文件系统的实现方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

一种嵌入式Linux下大容量闪存文件系统的实现方法，该方法的步骤如下：

1)区段化存储：

存储点都是以区段的方式组织的，文件数据存放在一段连续的页中，数据的添加和删除也以段为单位进行；区段是能伸缩的，并且具有添加、删除、合并、分割；所有的段存放在一个B-树中；

2)数据页分配：

在分配空白页面时，将目录的页面和数据页面分开放在不同的块中，这样避免了“全部拷贝”，从而降低了页面的拷贝次数，提高了效率；

每种类型的块有且仅有一个块处于“当前分配”状态。新页面从当前进行分配的块中顺序进行分配，若当前块已满，则顺序寻找下一个空闲块；

3)垃圾收集：