[发明专利]一种Linux下针对机械硬盘的预读方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Linux下针对机械硬盘的预读方法。

背景技术

随着软件越来越复杂化，软件的启动速度也越来越慢，其通常主要因素源自启动时刻软件对磁盘的随机访问。

目前常见的机械硬盘，虽然有着不错的顺序访问性能，然而其随机访问性能却不高。

于是一些预读技术就被提出，来优化软件的启动速度。预读主要是在磁盘空闲间隙，按照磁盘顺序，提前读取接下来要访问的内容。

预读主要包含两个任务——“收集需要预读的文件片断”和“预读文件片断”。

目前在Linux上，已有预读方法如下：

1.收集需要预读的文件片断：在软件启动阶段采用fanotify/inotify系统调用来监视哪些文件被打开。启动完成后，再依次对前述打开过的文件使用mincore系统调用，来获知文件的哪些部分在内存中，在内存中的部分被认为是启动过程中被读取的，从而被记录下来，形成类似“文件路径：区间1，区间2，...”的一条记录。

最后将上述记录按照所在磁盘位置排列，写入到一个文件中。

2.预读文件片断：在软件启动一开始，预读程序根据上点生成的记录文件，逐个打开文件并通过readahead/posix_fadvise系统调用，来指示操作系统内核进行预读。

然而上述预读方法表现并不尽如人意。

首先，预读操作按照了磁盘序，固然提高了磁盘效率，却往往会干扰正常的读访问。例如某软件启动时，依次访问了四个文件片段：a，b，c，d，而其磁盘顺序为d，c，b，a。这样在启动时刻，按照磁盘序预读的d并不是立即需要的，反而与启动的软件竞争磁盘带宽。

其次，预读仅仅涵盖了启动时刻的文件访问，却忽略了对文件系统元数据的访问。在实测中，启动时刻相当一部分磁盘访问对应到了文件系统的元数据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种Linux下针对机械硬盘的预读方法，该方法可以有效改善机械硬盘上的软件启动速度。

为了解决上述的技术问题，本发明的一种Linux下针对机械硬盘的预读方法，包括步骤：

1)收集需要预读的文件片断。

无缝记录软件正常启动过程中的磁盘读访问。与已有方案相比，记录对象为磁盘块，从而能记录对文件系统元数据的读取；每次读取块的顺序和块号都将被记录。

启动完成后，按照其磁盘块被访问的顺序，写入到预读镜像。与已有方案相比，写入的是预读内容的一个副本，而非引用。

2)预读文件片断。

软件启动时刻，将优先尝试从预读镜像中读取所需块。与已有方案相比，由于预读镜像磁盘块的顺序与访问顺序一致，从而既满足了最大利用机械磁盘特性，又能避免预读非急需内容，干扰正常启动。

3)维持预读镜像的有效性。

定期同步预读镜像中的磁盘块副本。由于软件更新等原因造成的原件更新，将被发现并更新到镜像中的磁盘块副本中。

采用本发明所提出的预读方法，有效地把软件启动时刻的磁盘随机读访问转化为顺序读取，最大利用机械磁盘特性。同时预读顺序与正常访问顺序一致，有效解决了原有预读干扰问题。另外，对于文件系统元数据的读访问，也能进行预读。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明“收集需要预读的文件片断”任务在软件启动阶段的工作流程图；

图2是本发明“收集需要预读的文件片断”任务在软件启动完成后的工作流程图；

图3是本发明“预读文件片断”任务的工作流程图；

图4是本发明“维持预读镜像的有效性”任务的工作流程图；

具体实施方式

本发明实现使用了Linux内核的LVM子系统，LVM子系统能够将多个磁盘或镜像文件按照不同目标需求，组成一个虚拟的磁盘。

在本发明中，需要为LVM子系统增加一个readahead目标，该目标下，预读镜像与机械磁盘组成一个虚拟的磁盘。readahead目标对预读的三个任务实现如下：

1)收集需要预读的文件片断：在软件启动阶段，对磁盘块的读请求被依次记录到一块内存区域。图1显示了这个工作流。

在启动完成后，通知readahead目标，生成预读镜像。图2显示了这个工作流，即根据先前记录，依次从机械磁盘上读取磁盘块填充到预读镜像。预读镜像是启动时读取的磁盘块集合的一个副本，按照读取的顺序排列。