[发明专利]基于非易失性内存的用户态文件系统设计方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于非易失性内存的用户态文件系统设计方法及系统，包括：将具有相同用户/组和权限的文件放在同一个coffer中，整个用户态文件系统树由coffer组成；内核态文件系统管理模块以coffer的粒度对整个文件系统进行管理；用户态文件系统库通过发起对coffer的映射请求，获得对coffer的访问权限；用户态文件系统库与内核态文件系统管理模块通过系统调用进行交互；由内核态文件系统对整个文件系统进行整体空间管理，并将部分空间划归给各个用户态文件系统库。本发明减少系统调用造成的性能开销，充分发挥非易失性内存的高性能。

技术领域

本发明涉及存储技术领域，具体地，涉及一种基于非易失性内存的用户态文件系统设计方法及系统。

背景技术

文件系统在计算机系统中对存储资源进行管理，并将存储资源以文件的形式提供给应用程序使用。由于磁盘、SSD等块设备存储的访问需要特殊权限，且为了保证资源的隔离和控制，文件系统通常实现在内核中，是内核代码中重要的一部分。然而内核态程序较用户态程序更难以编码、除错和维护，用户态文件系统被提出。专利文献CN109445685A公开了一种用户态文件系统请求的处理方法，包括：若为实际文件写请求，则先向内核守护进程发送数据写请求，以使得内核守护进程直接将待写入的数据写入数据文件中，并根据被访问实际文件与数据文件之间的映射关系建立映射表；然后向内核守护进程发送元数据写请求，以使得内核守护进程将所建立的映射表写入元数据文件中；若为实际文件读请求，则先向内核守护进程发送元数据读请求，以使得内核守护进程从元数据文件中读取映射表；然后向内核守护进程发送数据读请求，以使得内核守护进程根据所读取的映射表直接从数据文件中读取所请求的数据。

然而由于用户态文件系统需要FUSE等框架，其处理文件系统请求时需将请求和数据在内核空间和用户空间之间多次传递，导致用户态文件系统的性能较内核态文件系统会有巨大差距。因而长期以来用户态文件系统仅仅被用来测试文件系统设计原型和以文件系统的接口实现一些特殊的功能。

随着存储技术的发展，非易失性内存已经逐步进入了商业化。非易失性内存同时具备了内存和存储的优势。其被插在内存总线上，提供了同传统内存一样的字节寻址的能力，且具有同传统内存可比拟的低延迟和高吞吐量。同时非易失性内存具有非易失性，其中保存的数据在断电后依然可以被保存。此外，非易失性内存的密度要大于传统内存，单条可以达到512GB甚至更高的存储容量。

这些独特的特点，给非易失性内存上文件系统的设计和实现带来了很多不同，同样也使得用户态文件系统的设计发生改变。由于非易失性内存可以像传统内存一样直接被处理器以load、store指令访问，因而用户态代码可以不进入内核态就完成存储操作。然而现有为非易失性内存设计的文件系统，均没有给用户态文件系统足够的权限：在进行数据或元数据更新时，用户态文件系统需通过系统调用，将元数据的更改交给内核中的文件系统模块进行。在非易失性内存具有的超高性能下，这些系统调用成为了用户态文件系统的瓶颈,使得非易失性内存的超高性能无法被充分发挥。如何进一步提升用户态文件系统的性能，避免或减少非易失性内存上用户态文件系统中的系统调用开销，是一个亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于非易失性内存的用户态文件系统设计方法及系统。

根据本发明提供的一种基于非易失性内存的用户态文件系统设计方法，包括：

coffer抽象步骤：将具有相同用户/组和权限的文件放在同一个coffer中，整个用户态文件系统树由coffer组成；

内核态文件系统管理模块工作步骤：内核态文件系统管理模块以coffer的粒度对整个文件系统进行管理；

用户态文件系统库工作步骤：用户态文件系统库通过发起对coffer的映射请求，获得对coffer的访问权限，从而直接管理coffer内部的任意数据和元数据，在用户态完成文件系统所提供的各种操作；