DE60129025T2

DE60129025T2 - Speicherbereichszuordnung in einem dateisystem zum beschreiben beliebiger bereiche

Info

Publication number: DE60129025T2
Application number: DE60129025T
Authority: DE
Inventors: Douglas P. Freeland DOUCETTE; Blake Palo Alto LEWIS; John K. Sunnyvale EDWARDS
Original assignee: Network Appliance Inc
Current assignee: NetApp Inc
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2021-08-18
Also published as: EP1311940A2; US7290013B2; WO2002017057A2; DE60129025D1; US20080028011A1; US20040139273A1; WO2002017057A3; US7930326B2; US6636879B1; EP1311940B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Datenspeichersysteme.
2. Stand der Technik
Daten werden an physikalischen Stellen auf Speichermedien angeordnet. Eine Ansammlung von Daten, wie z.B. eine Datei, kann auf ein Speichermedium geschrieben, aus einem Speichermedium ausgelesen und (bei den meisten Medien) von einem Speichermedium gelöscht werden. Bekannte Plattenlaufwerke speichern Dateien in speziellen Belegungsbereichen auf einer Festplatte, die als Speicherblöcke bekannt sind. Diese Speicherblöcke zeichnen eine standardisierte Menge an Information auf und speichern diese, wie z.B. 4 KByte. Deshalb werden Dateien, die auf bekannten Plattenlaufwerken gespeichert werden, in Dateiblöcke ähnlicher Größe zum Speichern auf dem Plattenlaufwerk unterteilt.
Eine bevorzugte Anordnung zum Speichern von Dateien ist, so viele Daten wie möglich in kontinuierlichen oder nahezu kontinuierlichen Blöcken abzulegen. Dies erlaubt es, Datendateien relativ schnell wiederzuerlangen oder zu schreiben, weil das Plattenlaufwerk aus/in relativ kontinuierliche(n) Datenspeicherblöcke(n) ausliest/schreibt, ohne die Plattenköpfe über wesentliche Distanzen bewegen zu müssen, bevor weitere Blöcke lokalisiert und gelesen oder geschrieben werden.
Bekannte Dateisysteme erlauben es, Daten durch Verschieben von Daten von Block zu Block zu reorganisieren. Zum Beispiel führen bekannte Plattendefragmentierungsprodukte diese Funktion für Benutzer-Workstations aus. Dies erlaubt es, Dateiblöcke in geeignete Stellen auf einer Platte zu schreiben und deren Positionen später zu optimieren (z.B. durch Kopieren, Verschieben und Löschen von Daten in Plattenspeicherblöcken, um so viele kontinuierliche Blöcke pro Datei für so viele wie mögliche Dateien zu erhalten).
Ein Aspekt eines WAFL-Dateisystems („White Anywhere File Layout") und möglicherweise von anderen zuverlässigen Dateisystemen ist, dass eine Zuverlässigkeit eines Plattendatenspeichers durch Beibehalten von allen Dateisystemblöcken in den Plattenspeicherblöcken, in welche sie ursprünglich auf die Platte geschrieben wurden, verbessert wird. Wenn ein Dateisystemblock verändert wird, wird ein neuer Plattenspeicherblock für den geänderten Dateisystemblock belegt und der alte Dateisystemblock wird für ein mögliches Backup und andere Zwecke aufbewahrt. Aufzeichnungen werden von zahlreichen vorherigen konsistenten Zuständen des Dateisystems aufbewahrt. Falls der gegenwärtige Zustand des Dateisystems fehlerhaft ist, kann ein vorheriger Zustand wieder erlangt werden. Jedoch erfordert dies, dass alle Datenspeicherblöcke, die für den vorherigen Zustand belegt sind, geschützt sind. Somit wird ein Speicherblock nicht gelöscht oder neu belegt, bis alle vorherigen Zustände des Systems, die diesen Block verwenden, nicht länger benötigt werden. Dies kann oft Wochen oder Monate dauern.
Ein Problem mit diesem Verfahren von benutzergelöschten Dateiblöcken ist, das die Verteilung von freiem Platz außerordentlich uneinheitlich werden kann. Wenn Plattenspeicherblöcke für relativ kontinuierliches Speichern gewünscht werden, können vorhergehend geschriebene Datenspeicherblöcke grundsätzlich nicht für diesen Zweck gelöscht werden. Somit wird in einem zuverlässigen Dateisystem ein anderer Speicheransatz benötigt, um das Schreiben von Dateiblöcken in Speicherblöcke zu optimieren.
Eine Lösung ist, Dateiblöcke auf die ersten Dateiblöcke zu schreiben, die bei einer linearen Suche der Platte oder Platten aufgefunden werden. Jedoch leidet diese Lösung an dem Nachteil, dass sie in verstreuten Dateispeicherblöcken resultieren kann.
Eine zweite Lösung ist, die Platte oder Platten zu durchsuchen, um eine ausreichende Anzahl an kontinuierlichen Blöcken zu finden, um eine vorgegebene Datei aufzunehmen. Jedoch leidet dieser Ansatz an dem Nachteil, dass er relativ langsam ist und einen vergleichsweise übermäßigen Umfang an Berechnungsressourcen verwendet.
US-A-5 963 962 offenbart ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Dementsprechend ist es wünschenswert, eine verbesserte Technik zum Lokalisieren von relativ großen freien Stellen auf einem Speichermedium in einer effizienten Weise bereitzustellen, die nicht Gegenstand des Nachteils des Standes der Technik ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung bietet ein Verfahren und ein System zum Verbessern eines Datenzugriffs eines zuverlässigen Dateisystems.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, das die Schritte des Aufzeichnens in einem Dateisystem, das mit einer Menge von Speicherblöcken verknüpft ist, einer aktiven Karte derjenigen der Speicherblöcke, die in dem Dateisystem frei sind; des Aufzeichnens eines Konsistenzpunkts in dem Dateisystems, der eine konsistente Version des Dateisystems umfasst, wobei der Konsistenzpunkt eine Kopie einer vorherigen Version der aktiven Karte umfasst; und gekennzeichnet ist durch die Schritte des: Ermittelns in Reaktion auf die aktive Karte und wenigstens eine vorhergehende Version, einer Menge von Werten in Reaktion auf eine Anzahl von Speicherblöcken, die gegenwärtig zum Schreiben von Daten zur Verfügung stehen, wobei jeder der Werte mit einem besonderen Bereich verknüpft ist, der mit einer Vielzahl von Speicherblöcken korrespondiert; und des Auswählens wenigstens eines der Vielzahl der Bereiche in Reaktion auf die Menge von Werten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verwendung in einem Dateisystem, das mit einer Menge von Speicherblöcken verknüpft ist, bereitgestellt, wobei die Vorrichtung eine Menge von maschinengerechten Daten umfasst, wobei die Daten eine aktive Karte derjenigen der Speicherblöcke umfassen, die in dem Dateisystem frei sind, einen Konsistenzpunkt umfasst, der eine konsistente Version des Dateisystems umfasst, wobei der Konsistenzpunkt eine Kopie einer vorherigen Version der aktiven Karte umfasst, und gekennzeichnet ist durch eine Menge von Werten in Reaktion auf eine Anzahl von Speicherblöcken, die gegenwärtig zum Schreiben von Daten zur Verfügung stehen, wobei jeder der Werte mit einem besonderen Bereich verknüpft ist, der mit einer Vielzahl der Speicherblöcke korrespondiert; und durch eine Einrichtung zum Auswählen wenigstens eines der Vielzahl der Bereiche in Reaktion auf die Menge von Werten.
In einem ersten Aspekt der Erfindung ermittelt das Dateisystem den relativen Leerstand einer Ansammlung von Speicherblöcken, die hier als „Belegungsbereich" bezeichnet werden. Dies wird erreicht durch Aufzeichnen eines Felds von Leerstandswerten. Jeder Leerstandswert in dem Feld beschreibt ein Maß für den Leerstand einer Ansammlung von Speicherblöcken. Das Dateisystem untersucht diese Leerstandswerte, wenn es versucht, Dateiblöcke in relativ kontinuierlichen Bereichen auf einem Speichermedium aufzuzeichnen, z.B. einer Festplatte. Wenn eine Anfrage zum Schreiben auf die Platte auftritt, ermittelt das System den mittleren Leerstand aller Belegungsbereiche und fragt die Belegungsbereiche nach individuellen Leerstandswerten ab. Das System schreibt vorzugsweise Dateiblöcke in die Belegungsbereiche, die oberhalb eines Schwellenwertes in Bezug auf den durchschnittlichen Speicherblockleerstand des Dateisystems liegen. Falls die Datei in der Anfrage zum Schreiben größer ist als der ausgewählte Belegungsbereich, wird vorzugsweise der nächste Belegungsbereich, der oberhalb des Schwellenwertes gefunden wird, zum Schreiben der verbleibenden Blöcke der Datei verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Blockdiagramm für einen Datenträger eines Systems für eine verbesserte Platzbelegung auf einem Plattenspeicher.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems für eine verbesserte Platzbelegung auf einem Plattenspeicher.
3 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Verwendung eines Systems wie in den 1 und 2 gezeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Lexikografie
So wie sie hier verwendet werden, bezieht sich eine Verwendung der vorliegenden Begriffe auf Aspekte der Erfindung wie nachfolgend beschrieben. Die grundsätzliche Bedeutung dieser Begriffe ist beabsichtigt, beschreibend und in keiner Weise einschränkend zu sein.

• Inode – Grundsätzlich betrifft der Begriff „Inode" Datenstrukturen, die Informationen über Dateien in UNIX- und anderen Dateisystemen umfassen. Jede Datei hat einen Inode und wird durch eine Inode-Nummer (i-Nummer) in dem Dateisystem, in dem sie residiert, identifiziert. Inodes bieten wichtige Informationen über Dateien, wie z.B. Benutzer- und Gruppeneigentümerschaft, Zugriffsmodus (Lese-, Schreib-, Ausführungsrechte) und einen Typ. Ein Inode zeigt auf die Inode-Dateiblöcke.
• Sektor – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Sektor" einen physikalischen Abschnitt eines Plattenlaufwerks, der eine Ansammlung von Bytes enthält, wie z.B. 512 Bytes.
• Datenspeicherblock – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Datenspeicherblock" spezielle Bereiche auf einer Festplatte. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bereich eine Ansammlung von Sektoren, wie z.B. 8 Sektoren oder 4096 Bytes, die üblicherweise als 4 KBytes bezeichnet werden.
• Dateiblock – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Dateiblock" einen Datenblock von standardisierter Größe, der einige oder alle Daten in einer Datei enthält. In der bevorzugten Ausführungsform hat der Dateiblock ungefähr die gleiche Größe wie ein Datenspeicherblock.
• fsinfo (Dateisystem-Informationsblock („file system information block")) – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Dateisystem-Informationsblock" eine oder mehrere Kopien eines Blocks, der als „fsinfo-Block” bezeichnet wird. Diese Blöcke befinden sich an festgelegten Stellen in dem Datenträger. Der fsinfo-Block umfasst Daten über den Datenträger einschließlich der Größe des Datenträgers, Optionen bezüglich des Levels des Datenträgers, eine Sprache und dergleichen.
• WAFL (Write Anywhere File Layout) – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „WAFL" eine Struktur für ein Dateisystem auf hoher Ebene. Zeiger werden zum Lokalisieren von Daten verwendet. Alle Daten sind in Dateien enthalten. Diese Dateien können irgendwo auf die Platte in Einheiten von Dateiblöcken geschrieben werden, die in Dateispeicherblöcken abgelegt sind.
• Datenträger – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Datenträger" ein einzelnes Dateisystem. Das Dateisystem kann aus einer Ansammlung von Plattenlaufwerken zusammengestellt sein.
• VBN (Datenträgerblocknummer („Volume Block Number")) – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „VBN" die Stelle eines Tupels eines bestimmten Blocks in einem Datenträger des Dateisystems. Das VBN-Tupel ist die Plattennummer und die Plattenblocknummer.
• DBN (Plattenblocknummer („Disk Block Number")) – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „DBN" eine Stelle eines bestimmten Blocks auf einer Platte in einem Datenträger des Dateisystems.
• Streifen – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Streifen” die Ansammlung von Blöcken in einem Datenträger mit der gleichen DBN auf jeder Platte.
• Konsistenzpunkt (CP) – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „CP” einen Zeitpunkt, zu dem ein Dateisystem einen konsistenten Zustand erreicht hat. Wenn dieser Zustand erreicht ist, wurden alle Dateien auf alle Blöcke geschrieben und sind sicher auf der Platte und die eine oder mehreren Kopien von redundanten fsinfo-Blöcken werden rausgeschrieben. Wenn das System abstürzt bevor die fsinfo-Blöcke herausgehen, sind alle anderen Veränderungen verloren und das System kehrt zurück zu dem letzten CP. Das Dateisystem schreitet automatisch von einem CP zu dem nächsten fort.
• Konsistenter Zustand – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „konsistenter Zustand" die Systemkonfiguration von Dateien in Blöcken nachdem der CP erreicht ist.
• Spanne – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Spanne" eine Gruppe von Blöcken, wie z.B. 1024 Blöcke.
• Belegungsbereich – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Belegungsbereich" eine große Gruppe von Blöcken in einem Datenträger, wie z.B. 4096 Blöcke oder eine Ansammlung von vier Spannen.
• Lokalität – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Lokalität" die Nachbarschaft von Blöcken innerhalb eines Bereichs, wie z.B. eines Belegungsbereichs mit Datenspeicherblöcken für die gleiche Datei. Dateien mit einer guten Lokalität sind schneller zugreifbar, weil sie aus Blöcken gelesen werden können, die entweder kontinuierlich oder in einer engen Nachbarschaft zu anderen Blöcken der Datei sind.
• Dateisystem – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Dateisystem" eine Datenverarbeitungsapplikation, die individuelle Dateien verwaltet.
• Aktive Datei – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „aktive Datei" das gegenwärtige Dateisystem, das bei dem aktuellsten CP angekommen ist. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst die aktive Datei die aktive Karte, die Zusammenfassungskarte und zeigt auf alle Speicherauszüge und andere Datenspeicherblöcke durch eine Hierarchie von Inodes, indirekten Datenspeicherblöcken und dergleichen.
• Aktive Karte – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Aktive Karte" einen Block, der eine Bitmap umfasst, die mit einem Leerstand von Blöcken der aktiven Datei verknüpft ist. Die aktive Karte zeigt auf den Rest des gegenwärtigen aktiven Dateisystembaums.
• Speicherauszug – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Speicherauszug" eine Datei, die identisch mit der aktiven Datei ist, wenn der Speicherauszug geschrieben wird. Der Speicherauszug divergiert im Laufe der Zeit von der aktiven Datei, wenn neue Dateien geschrieben werden. Ein Speicherauszug kann verwendet werden, um das Dateisystem zu einem bestimmten CP, Konsistenzpunkt, zurückzuführen.
• Speicherauszugkarte – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Speicherauszugkarte" einen Block, der eine Bitmap umfasst, die mit dem Leerstand von Blöcken eines Speicherauszugs verknüpft ist. Die Speicherauszugkarte diver giert im Laufe der Zeit von der gegenwärtigen aktiven Karte, wenn Dateien nach einem Konsistenzpunkt geschrieben werden.
• Zusammenfassungskarte – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Zusammenfassungskarte" einen Block, der eine IOR-Bitmap (inklusives ODER) aller Speicherauszugskarten umfasst.
• Platzkarte – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Platzkarte" einen Block, der ein Feld von binären Zahlen umfasst, der den Umfang an freien Speicherblöcken in einem Belegungsbereich beschreibt.
• Blockkarte – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Blockkarte" eine Bitmap, die den Status einer Gruppe von Speicherblöcken an spezifischen Stellen beschreibt.
• Speicherauszugslöschung – Grundsätzlich bezeichnet der Begriff „Speicherauszugslöschung" ein Kommando, das einen bestimmten Speicherauszug aus dem Dateisystem entfernt. Dieses Kommando kann erlauben, einen Speicherblock für eine Neubelegung freizusetzen, vorausgesetzt, dass kein anderer Speicherauszug oder die aktive Datei den Speicherblock verwendet.

Systemelemente
1 zeigt ein Blockdiagramm für einen Datenträger eines Systems für eine verbesserte Platzbelegung auf einem Plattenspeicher.
Der Datenträger 101 umfasst alle Datenblöcke in dem Dateisystem 100, das ein oder mehrere Festplattenlaufwerke umfassen kann. In alternativen Ausführungsformen kann das Dateisystem 100 jedes Computerdatenspeichersystem umfassen, wie z.B. ein Datenbanksystem oder ein Speicher- und Weiterleitungssystem, wie z.B. einen Cash oder RAM.
Der Datenträger 101 ist aufgeteilt in eine Ansammlung von Belegungsbereichen 102. Jeder Belegungsbereich ist zusammengesetzt aus einer Menge von Streifen mit aufeinander folgenden DBN-Werten, wie z.B. 4096 Streifen. Die Belegungsbereiche 102 können weiter aufgeteilt werden in eine Gruppe von Spannen pro Platte 104, 106, 108 und 110. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Spannen 104, 106, 108 und 110 eine Gruppe von 1024 Blöcken, die durch eine 16-Bit-Binärzahl der Platzkarte für eine Belegungsverwendung beschrieben werden. Eine binäre Zahl, die den Umfang an verwendeten (zum Schreiben nicht zur Verfügung stehenden) Blöcken quantifiziert, repräsentiert die Belegungsbereiche 102 in der Platzkarte. Ein niedriger Wert der binären Zahlen für einen bestimmten Belegungsbereich 102 repräsentiert eine große Anzahl von Blöcken, die zum Beschreiben zur Verfügung stehen. Umgekehrt repräsentiert ein hoher Wert eine geringe Anzahl von Blöcken, die zur Belegung bereitstehen. Die Platzkartenbinärwerte der Platzkarte werden durch VBN-Nummern organisiert. Deshalb ist die Beziehung zwischen einem Zähler der verwendeten Blöcke eines Belegungsbereichs 202 und den Platzkartenbinärwerten ähnlich.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems für eine verbesserte Platzbelegung auf einem Plattenspeicher.
Der Wurzelblock 200 umfasst den Inode der Inode-Datei 202 plus andere Informationen, betreffend das aktive Datensystem 201, die aktive Karte 226, vorhergehende aktive Dateisysteme, die als Speicherauszüge 214, 216, 218 und 220 bekannt sind, und deren jeweilige Speicherauszugskarten 254, 256, 258 und 260.
Die aktive Karte 226 des aktiven Dateisystems 201 ist eine Bitmap, die mit den Leerständen der Blöcke des aktiven Dateisystems 201 verknüpft ist. Die entsprechenden Speicherauszugskarten 254, 256, 258 und 260 sind aktive Karten, die mit bestimmten Speicherauszügen 214, 216, 218, und 220 und einer inklusiven-ODER-Zusammenfassungskarte 224 der Speicherauszugskarten 254, 256, 258 und 260 verknüpft werden können. Auch werden andere Blöcke 226 gezeigt, die dop pelte indirekte Blöcke 230 und 232, indirekte Blöcke 234, 236 und 238 und Datenblöcke 240, 242, 244 und 246 umfassen. Schließlich zeigt 2 die Platzkarte 280, die eine Ansammlung von Platzkartenblöcken von binären Zahlen 282, 284, 286, 288 und 290 umfasst.
Der Wurzelblock 200 umfasst eine Ansammlung von Zeigern, die in das Dateisystem geschrieben werden, wenn das System einen neuen CP (Konsistenzpunkt) erreicht hat. Die Zeiger zielen auf eine Menge von indirekten (oder trippel-indirekten oder doppel-indirekten) Inode-Blöcken (nicht dargestellt) oder direkt auf die Inode-Datei 202, die aus einer Menge von Blöcken besteht, die als Inode-Blöcke 204, 206 208, 210 und 212 bekannt sind.
Die Anzahl der gesamten Blöcke ermittelt die Anzahl von indirekten Schichten von Blöcken in dem Dateisystem. Sowie mit allen Blöcken in dem System umfasst der Wurzelblock 200 einen standardisierten Umfang an Daten, wie z.B. 4096 Bytes mit 8-Bit-Bytes. Somit haben alle Blöcke in einer bevorzugten Ausführungsform ungefähr 32 KBit. 16 Bytes des Wurzelblocks 200 werden verwendet, um ihn selbst zu beschreiben, einschließlich der Größe des Dateisystems, des Zeitpunkts zu dem er erzeugt wurde und andere betreffende Daten. Die verbleibenden ungefähr 32 KBits in dem Wurzelblock 300 sind eine Ansammlung von Zeigern auf die Inode-Blöcke 204, 206, 208, 210 und 212 in der Inode-Datei 202. Jeder Zeiger in der bevorzugten Ausführungsform besteht aus 16 Byte. Somit gibt es ungefähr 2000 Zeigereinträge in dem Wurzelblock 200, die auf 2000 entsprechende Inode-Blöcke der Inode-Datei 202 zielen, die jeweils 4 KBytes umfassen. Falls es mehr als 2000 Inode-Blöcke gibt, werden indirekte Inode-Blöcke verwendet.
Ein Inode-Block 204 in der Inode-Datei 202 ist in 2 gezeigt, der auf andere Blöcke 228 in dem aktiven Dateisystem 201 zeigt, die mit doppel-indirekten Blöcken 230 und 232 beginnen (das könnten auch tripel-indirekte Blöcke sein). Diese doppel-indirekten Blöcke 230 und 232 umfassen Zeiger auf indirekte Blöcke 234, 236 und 238. Diese indirekten Blöcke 234, 236 und 238 umfassen Zeiger, die auf Datenblattblöcke 240, 242, 244 und 246 des aktiven Dateisystems 201 gerichtet sind.
Der Inode-Block 208 in der Inode-Datei 202 zeigt auf eine Menge von Blöcken (1, 2, 3, ..., P), die die aktive Karte 226 genannt werden. Jeder Block in der aktiven Karte 226 ist eine Bitmap, bei der jedes Bit einem Block in dem gesamten Datenträger entspricht. Eine „1" an einer bestimmten Position in der Bitmap korreliert mit einem bestimmten belegten Block in dem aktiven Dateisystem 201. Umgekehrt korreliert eine „0" mit einem bestimmten Block, der frei ist für eine Belegung in dem aktiven Dateisystem 201. Jeder Block in der aktiven Karte 226 kann bis zu 32 K Blöcke oder 128 MB beschreiben. Für einen 6-TB-Datenträger werden nur 24 Blöcke in der aktiven Karte 226 benötigt.
Ein weiterer Inode-Block in der Inode-Datei 202 ist der Inode-Block N 212. Dieser Block umfasst eine Menge von Zeigern auf eine Ansammlung von Speicherauszügen 214, 216, 218 und 220 des Datenträgers. Jeder Speicherauszug umfasst sämtliche Informationen eines Wurzelblocks und ist äquivalent zu einem älteren Wurzelblock aus einem vorhergehenden aktiven Dateisystem. Der neueste Speicherauszug 214 wird bei dem Abschluss des aktuellsten CP erzeugt. Der neueste Speicherauszug 214 umfasst eine Ansammlung von Zeigern, die direkt oder indirekt auf die gleiche Inode-Datei 212 wie der Wurzelblock 200 des aktiven Dateisystems 201 zeigen. Wenn das aktive Dateisystem 201 sich aufgrund in das Dateisystem geschriebener Dateien ändert, divergieren der aktuellste Speicherauszug 214 und der gegenwärtige Wurzelblock 200. Das aktive Dateisystem 201 verändert sich auch aufgrund einer Veränderung von Dateieigenschaften, einer Erzeugung von neuen Dateien und eines Löschens von alten Dateien. Speicherauszüge zeigen initial auf den gleichen Strukturtyp wie das aktive Dateisystem 201. Der neueste Speicherauszug 214 ist mit einer Speicherauszugskarte 254 verknüpft. Die Speicherauszugskarte 254 ist eine Bitmap, die initial das Äquivalent der aktiven Karte 226 ist. Die älteren Speicherauszüge 216, 218 und 210 haben eine korrespondierende Ansammlung von Speicherauszügen 256, 258 und 260. Wie die aktive Karte 226, umfassen diese Speicherauszüge 256, 258 und 260 eine Menge von Blöcken umfassend Bitmaps, die mit belegten und freien Blöcken für den bestimmten CP korrespondieren, wenn die bestimmten Speicherauszüge 256, 258 und 260 erzeugt wurden. Weil jedes aktive Dateisystem eine Struktur hat, die einen oder mehrere Speicherauszüge umfasst, folgt, dass Speicherauszüge Zeiger auf ältere Speicherauszüge umfassen. Es kann eine große Anzahl von vorherigen Speicherauszügen in jedem gegebenen Speicherauszug geben.
Blöcke, die in dem aktiven Dateisystem 201 nicht verwendet werden, stehen nicht notwendigerweise für eine Belegung oder Neubelegung zur Verfügung, weil das System ein hochgradig zuverlässiges Datenspeichersystem ist. In der Tat ist es schwierig, Blöcke, die einmal belegt wurden, jemals wieder frei zu machen. Grundsätzlich können belegte Blöcke durch Entfernen eines Speicherauszugs unter Verwendung des Kommandos zu Speicherauszugslöschung freigemacht werden. Falls kein anderer Speicherauszug oder aktive Dateien den Block verwenden, kann der Block freigemacht und überschrieben werden, während des nächsten Kopierens beim Ausführen durch WAFL. Das System kann unter Verwendung der „Nächster-Nachbar-Regel" relativ effizient ermitteln, ob ein Block entfernt werden kann. Falls die vorherigen und nachfolgenden Speicherauszüge einen bestimmten Block in ihren entsprechenden Speicherauszugskarten nicht belegen, kann der Block während einer Speicherauszugslöschung gelöscht werden, andernfalls kann der Block nicht gelöscht werden. Die Schwierigkeit beim Freimachen von Blöcken resultiert in einem System, das außerordentlich uneinheitlich bei der Platzbelegung wird. Es ist außerordentlich ineffizient, Block für Block durch das System zu suchen. Die Speicherauszüge 214, 216, 218 und 220 könnten in ihren entsprechenden Speicherauszugskarten 254, 256, 258 und 260 gesucht werden, um Blöcke zu ermitteln, die von allen Speicherauszügen belegt oder freigegeben sind. Kombiniert mit der aktiven Karte 226 können alle Blöcke in dem Datenträger im Hinblick auf deren Verfügbarkeit für ein Schreiben von Dateien ermittelt werden. Jedoch ist dies relativ ineffizient (obwohl nicht so ineffizient wie ein lineares Durchsuchen aller Blöcke), wegen der Größe und Struktur der Speicherauszüge.
Stattdessen wird eine Zusammenfassungskarte 224 unter Verwendung einer IOR-Operation 222 (Inklusives ODER) auf den Speicherauszugskarten 254, 256, 258 und 260 erzeugt. Wie die aktive Karte 226 und die Speicherauszugskarten 254, 256, 258 und 260 ist die Zusammenfassungskarte 224 eine Menge von Blöcken (1, 2, 3, ..., Q), die Bitmaps enthalten. Jedes Bit in jedem Block der Zusammenfassungskarte 224 beschreibt den Belegungszustand von einem Block in dem System mit „1" als belegt und mit „0" als frei. Die Zusammenfassungskarte 224 beschreibt die belegten und freien Blöcke des gesamten Datenträgers von allen Speicherauszügen 214, 216, 218 und 220 kombiniert. Eine der Hauptanwendungen der Zusammenfassungskarte 224 ist ein Lokalisieren von Blöcken, die potenziell für eine Neubelegung unter Verwendung einer Speicherauszugslöschung zur Verfügung stehen. Somit erzeugt das System die Zusammenfassungskarte 124 im Hintergrund anstatt an einem CP, wenn Zeit zur Verfügung steht.
Eine UND-Operation 270 auf Mengen von Blöcken (wie z.B. 1024 Blöcke) der aktiven Karte 226 und der Zusammenfassungskarte 224 erzeugt eine Platzkarte 280. Anders als bei der aktiven Karte 226 und der Zusammenfassungskarte 224, die Mengen von Blöcken sind, die Bitmaps enthalten, ist die Platzkarte 280 eine Menge von Blöcken, umfassend 282, 284, 286, 288 und 290, die ein Felder binärer Zahlen enthalten. Die binären Zahlen in dem Feld repräsentieren die Addition aller belegten Blöcke in einem Bereich, der als eine Spanne bekannt ist, die eine feste Anzahl von Blöcken enthalten, wie z.B. 1024 Blöcke. Das Feld der binären Zahlen in dem einzelnen Platzkartenblock 282 repräsentiert die Belegung aller Blöcke für alle Speicherauszüge und die aktive Datei in einer Spanne von 1.024 Blöcken. Jede der binären Zahlen 282, 284, 286, 288 und 290 in dem Feld hat eine feste Länge. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die binären Zahlen 16-Bit-Zahlen, obwohl nur 10 Bit verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform teilt die große Platzkartenfeld-Binärzahl 284 (0000001111111101 = 1021 in dezimalen Einheiten) dem Dateisystem mit, dass die entsprechende Spanne relativ voll ist. In einer solchen Ausführungsform repräsentiert die größte binäre Zahl 00010000000000 (1024 dezimal) eine Spanne, die nur belegte Blöcke enthält. Die kleinste binäre Zahl 00000000000000 (0 dezimal) repräsentiert eine Spanne, die ausschließlich freie Blöcke enthält. Die kleine binäre Zahl 288 (0000000000001101 = 13 in dezimalen Einheiten) instruiert das Dateisystem, dass die betreffende Spanne relativ leer ist. Die Platzkarte 280 ist somit eine Repräsentation der Belegung aller Blöcke in dem Datenträger in einer sehr kompakten Form, die in 1024 Block-Abschnitte unterteilt ist. Jede 16-Bit-Zahl in dem Feld der Platzkarte 280 korrespondiert mit den Belegungen von Blöcken in der Spanne, die 1024 Blöcke oder ungefähr 8 MB enthält. Jeder Platzkartenblock 280 hat ungefähr 2000 binäre Zahlen in dem Feld und sie beschreiben den Belegungsstatus von 16 GB. Anders als bei der Zusammenfassungskarte 214 muss der Platzkartenblock 280 immer ermittelt werden, wenn eine Datei geschrieben werden muss.
Verwendungsverfahren
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Verwenden des Systems, das in 1 und 2 gezeigt ist.
Ein Verfahren 300 wird durch das System 100 ausgeführt. Obwohl das Verfahren 300 seriell beschrieben ist, können die Schritte des Verfahrens 300 durch separate Elemente nacheinander oder parallel, ob asynchron, in einer Weise einer Pipeline, oder anderweitig, ausgeführt werden. Es gibt keine besondere Anforderung, dass das Verfahren 300 in der gleichen Reihenfolge auszuführen ist, in der diese Beschreibung die Schritte auflistet, außer dort, wo es angegeben ist.
An einem Flusspunkt 305 ist das System 100 bereit, das Verfahren 300 auszuführen.
In einem Schritt 310 fragt ein Benutzer an, eine Datei in das Dateisystem zu schreiben.
In einem Schritt 315 ermittelt das Dateisystem den Prozentsatz an belegten Blöcken in dem gesamten Dateisystem durch Abfragen von Informationen, die in dem Dateisysteminformationsblock gespeichert sind.
In einem Schritt 320 wird ein Schwellenwert für Belegungsbereiche, basierend auf der relativen Belegung aller Blöcke, festgesetzt. Falls z.B. 60 % der Blöcke zum Schreiben zur Verfügung stehen, kann ein Schwellenwert von 55 % freien Blöcken von dem Dateisystem aufgegriffen werden.
In einem Schritt 325 sucht das Dateisystem linear durch Belegungsbereiche, indem nach Platzkarteneinträgen von Platzkartenblöcken gesucht wird, die diesem Belegungsbereich entsprechen, indem nach dem ersten Belegungsbereich gesucht wird, dessen freier Platz eine Zahl ist, die einen Wert repräsentiert, der größer oder gleich dem Schwellenwert ist, in diesem Fall 55 % freie Blöcke.
In einem Schritt 330 wählt das System dann den ersten Belegungsbereich aus, der dieses Kriterium erfüllt.
In einem Schritt 335 schreibt das System die Dateiblöcke in die Blöcke in dem ausgewählten Belegungsbereich. Das System prüft, um sicherzustellen, dass alle Blöcke der Datei auf den Datenträger geschrieben wurden.
In einem Schritt 340 fährt das Verfahren fort, um das Schreiben der Datei abzuschließen, falls alle Blöcke der Datei in diesen Belegungsbereich geschrieben wurden.
In einem Schritt 350 wird, falls nicht alle Blöcke der Datei geschrieben wurden, eine weitere Iteration zum Lokalisieren eines Belegungsbereichs benötigt. Das Dateisystem sucht wieder linear die List an Belegungsbereichen 325 nach dem ersten Belegungsbereich mit einem Prozentsatz an freiem Platz durch, der größer oder gleich dem Prozentsatz ist, der in Schritt 320 festgelegt wurde. Wenn der nächste Belegungsbereich gefunden wird, der dieses Kriterium erfüllt, werden weitere Blöcke in diesen Belegungsbereich 335 geschrieben. Falls nicht alle Dateiblöcke geschrieben werden 350, wird das Verfahren wiederholt, bis alle Dateiblöcke geschrieben wurden und das Verfahren fertig ist 345.
An einem Flusspunkt 345 wurden alle Blöcke geschrieben und das Verfahren zum Schreiben von Dateien ist fertig.

Claims

Verfahren, umfassend die Schritte Aufzeichnen in einem Dateisystem (201), das mit einer Menge von Speicherblöcken verknüpft ist, einer aktiven Karte (226), derjenigen der Speicherblöcke, die in dem Dateisystem (201) frei sind; Aufzeichnen eines Konsistenzpunkts in dem Dateisystem (201), der eine konsistente Version des Dateisystems (201) umfasst, wobei der Konsistenzpunkt eine Kopie einer vorherigen Version der aktiven Karte (254, 256, 258, 260) umfasst; und gekennzeichent durch die Schritte: Erzeugen einer Menge von Werten (280), die Speicherblöcke bestimmt, die zum Schreiben von Daten zur Verfügung stehen, durch UND-verküpfen von Mengen von Blöcken der aktiven Karte (226) und wenigstens einer Kopie der vorherigen Version, wobei jeder der Werte (282, 284, 286, 288, 290) mit einem besonderen Bereich (104, 106, 108, 110) verknüpft ist, der mit einer Vielzahl der Speicherblöcke korrespondiert, und Auswählen wenigstens eines der Vielzahl der Bereiche (104, 106, 108, 110) in Reaktion auf die Menge von Werten (282, 284, 286, 288, 290).
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend Schritte des Aufrechterhaltens einer Repräsentation (280) der Menge von Werten (282, 284, 286, 288, 290) und deren Verknüpfungen mit den besonderen Bereichen (104, 106, 108, 110).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte des Bestimmens in Reaktion auf einen Vergleich zwischen der Anzahl von Speicherblöcken, die gegenwärtig zum Schreiben von Daten in dem verknüpften Bereich (104, 106, 108, 110) zur Verfügung stehen, und einer kumulativen Zahl von Speicherblöcken, die gegenwärtig zum Schreiben von Daten in dem Dateisystem (201) zur Verfügung stehen, erfolgen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte des Bestimmens in Reaktion auf ein statistisches Maß einer Anzahl von Speicherblöcken, die gegenwärtig zum Schreiben von Daten in den verknüpften Bereichen (104, 106, 108, 110) zur Verfügung stehen, erfolgen, wobei das statistische Maß auf die aktive Karte (226) und wenigstens einen der vorhergehenden Versionen (254, 256, 258, 260) reagiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Karte (226) eine Bit-Karte umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, wobei die aktive Karte (226) ein Bit umfasst, das mit jedem der ausgewählten Untermengen der Menge von Speicherblöcken für eine mögliche Verwendung in einem Massenspeicher verknüpft ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte des Auswählens in Reaktion auf eine Suche einer Vielzahl der Bereiche (104, 106, 108, 110) erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Suche eine lineare Suche der Vielzahl der Bereiche (104, 106, 108, 110) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schritte des Auswählens in Reaktion auf einen ersten der Bereiche erfolgen, der eine Menge von Anforderungen für die Suche erfüllt.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, umfassend Schritte des Schreibens von Daten in eine Menge der Speicherblöcke in Reaktion auf die Schritte des Auswählens.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Schritte des Schreibens von Daten ein Schreiben einer Datei in dem Dateisystem (206) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Menge der Speicherblöcke in einem einzelnen der Bereiche (104, 106, 108, 110) umfasst ist.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend Schritte zum weiteren Auswählen eines zweiten der Vielzahl der Bereiche (104, 106, 108, 110) in Reaktion auf die Menge der Werte (282, 284, 286, 288, 290).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Schritte des Schreibens von Daten ein Schreiben eines Abschnitts einer Datei in dem Dateisystem (206) in den zweiten der Vielzahl von Bereichen (104, 106, 108, 110) umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Menge der Werte eine Platzkarte umfasst, die ein Feld von binären Zahlen umfasst, wobei jeder der binären Zahlen ein Zähler ist, der eine Anzahl der Vielzahl von Speicherblöcken betrifft, die für ein Schreiben von Daten in jeden der besonderen Bereiche zur Verfügung stehen oder nicht zur Verfügung stehen.
Vorrichtung zur Verwendung in einem Dateisystem (206), das mit einer Menge von Speicherblöcken verknüpft ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Menge von Maschinen-gerechten Daten, wobei die Daten umfassen: eine aktive Karte (226) derjenigen der Speicherblöcke, die in dem Dateisystem (201) frei sind, einen Konsistenzpunkt, der eine konsistente Version des Dateisystems (206) umfasst, wobei der Konsistenzpunkt eine Kopie einer vorherigen Version der aktiven Karte (254, 256, 258, 260) umfasst, und gekennzeichnet durch eine Menge von Werten, die durch UND-verknüpfen von Mengen von Blöcken der aktiven Karte und wenigstens einer Kopie der vorherigen Version erzeugt werden, wobei die Menge von Werten (280) zum Bestimmen von Speicherblöcken dient, die zum Schreiben von Daten zur Verfügung stehen, wobei jeder der Werte (282, 284, 286, 288, 290) mit einem besonderen Bereich (104, 106, 108, 110) verknüpft ist, der mit einer Vielzahl der Speicherblöcke korrespondiert; und eine Einrichtung zum Auswählen wenigstens eines der Vielzahl der Bereiche (104, 106, 108, 110) in Reaktion auf die Menge von Werten.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend eine Einrichtung zum Bestimmen der Menge von Werten in Reaktion auf einen Vergleich zwischen der Anzahl von Speicherblöcken, die gegenwärtig zum Schreiben von Daten in dem verknüpften Bereich (104, 106, 108, 110) zur Verfügung stehen, und einer kumulativen Anzahl von Speicherblöcken, die gegenwärtig zum Schreiben von Daten in dem Dateisystem (206) zur Verfügung stehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 17, wobei die Einrichtungen zum Bestimmen auf ein statistisches Maß einer Anzahl von Speicherblöcken reagieren, die gegenwärtig zum Schreiben von Daten in dem verknüpften Bereich (104, 106, 108, 110) zur Verfügung stehen, wobei das statistische Maß auf die aktive Karte (226) und wenigstens eine der vorherigen Versionen (254, 256, 258, 260) reagiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Einrichtungen zum Auswählen auf eine Suche einer Vielzahl der Bereiche (104, 106, 108, 110) reagieren.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Suche eine lineare Suche der Vielzahl der Bereiche (104, 106, 108, 110) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Einrichtungen zum Auswählen auf einen ersten Bereich reagieren, der eine Menge von Anforderungen an die Suche erfüllt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, umfassend eine Einrichtung zum Schreiben von Daten in eine Menge der Speicherblöcke in Reaktion auf die Schritte des Auswählens.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Menge von Speicherblöcken in einem einzelnen der Bereiche (104, 106, 108, 110) enthalten ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 23, umfassend eine Einrichtung zum weiteren Auswählen eines zweiten der Vielzahl der Bereiche (104, 106, 108, 110) in Reaktion auf die Menge der Werte.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Einrichtungen zum Schreiben von Daten ein Schreiben einer Datei in dem Dateisystem (206) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Einrichtung zum Schreiben von Daten ein Schreiben eines Anteils einer Datei in dem Dateisystem (206) in den zweiten der Vielzahl der Bereiche (104, 106, 108, 110) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 26, wobei die Menge der Werte eine Platzkarte umfasst, die ein Feld von binären Zahlen umfasst, wobei jede der binären Zahlen ein Zähler ist, der eine Anzahl der Vielzahl von Speicherblöcken betrifft, die für ein Schreiben von Daten in jeden der besonderen Bereiche zur Verfügung stehen oder nicht zur Verfügung stehen.