文件系统中元数据更新关键技术的研究

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1、图4．5FlaSh容量对JFFS2文件系统加载时间的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯48图4．6JFFS2文件系统的损耗均衡测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．50图5．1自适应的损耗均衡算法设计框架⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯57图5．2自适应的损耗均衡算法的I／O性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6lVII表格目录表3。1静态数据预测模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2l表3．2静态数据属性预测算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22表3．3实验环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯23表3．4自适应的日志提交周期算法．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26表3．5实验环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．27表3．6自适应日志模式算法实现中的数据结构⋯⋯⋯⋯．．2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．33表3。7自适应的日志模式算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34表3．8日志事务粒度改进涉及的数据结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯37表3．9日志事务粒度改进算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯37表5．1实验环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、55表5．2测试结果⋯⋯⋯⋯：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55表5．3改进的垃圾回收算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯58VIII中国科学技术大学学位论文原创性和授权使用声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的

4、复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名：辜簖彬加g年占月3日第l章绪论文件的目录项还未删除，如果在此时系统出现故障，文件系统恢复后本应被删除的文件的目录项指向已属于另外一个文件的inode，导致文件系统处于不一致状态。因此元数据更新设计必须保证文件系统可以从故障中恢复到一致的状态。1．2．2Flash文件系统中的元数据更新近年来F12Lsh闪存在消费类电子产品和嵌入式系统

5、中得到越来越广泛的应用，基于Flash存储技术的固态硬盘逐渐取代传统硬盘。相比传统的磁盘，Flash存储技术具有低耗能、抗震荡等诸多优点，但F1aush的物理特性决定了其存在编程艨除寿命有限、动态出现坏块和位反转、擦除后才可更新数据等固有的不足。传统的磁盘文件系统在设计上主要为磁盘的存取特性优化，如优化文件的磁盘布局以减少读写过程中的磁盘寻道，这种优化设计在不存在寻道时间的FlaSh存储介质中的效果并不明显。另外，磁盘文件系统中将频繁更新的元数据固定存放的做法会严重影响Flash的损耗均衡(W色ar．1e

6、veling)【6】。Flash存储技术的特点决定了Flash文件系统一般采用不同于传统磁盘文件系统的设计，以克服Fkh存储技术固有的不足和充分利用Flash存储技术的优点。现代的主流Flash文件系统设计主要有两种：一种是基于Flash转换层(FTL，FlashTraIlslationLayer)[7】的设计，基本思想是通过Flash转换层将Flash模拟为标准的块设备，然后在虚拟的块设备上运行传统的磁盘文件系统，FlaSh转换层负责解决Flash的损耗均衡，坏块管理等功能，采用这种设计的主要是商业Fl

7、aSh文件系统，如M．System的1heFFS[8]。另一种设计方案是直接在FlaSh的驱动程序MTD(MemoryTechnologyDevice)[9】之上设计文件系统，一般采用日志结构化的设计思想以实现损耗均衡和保证文件系统的可靠性，采用这种设计的主要是开源的Flash文件系统，如JFFSl／2[10】、UBIFS【11】、YAFFSl／2[12】等。1．2．3分布式文件系统中的元数据更新现代分布式文件系统如GoogleFileSystem[13】，HadoopDistmutedFileSyst咖

8、[14】通常由成千上万个采用IDE／S御rA等廉价硬盘的存储节点通过高速网络连接组成。采用廉价硬盘可以大大降低成本，但单个硬盘出现故障的概率很高。为了保证数据的存取不受硬件故障的影响，GFS将一份数据多份冗余存储到不同的节点，一个节点的故障不会导致数据丢失。为了提高存储系统的性能，GFS采用元数据和数据独立分开存储的设计，如图1．3所示。一个GFS集群中的GFSmaster负责处理客户端的请求，master负责维护文件系统的名