CN107111627A - 在线文件系统检查 - Google Patents

Abstract

当文件系统没有正在经历在线文件系统检查时，可以从文件系统的未预留区域分配存储空间。当文件系统正在经历在线文件系统检查时，从软预留区域分配存储空间。

Description

在线文件系统检查

背景技术

计算机存储系统将数据存储在计算机可读介质上。该数据可以包括一起构成文件系统的文件集合和相关元数据。该元数据可以包括与文件相关的名称、位置、组织和/或其他信息。逻辑存储卷可以被划分成存储空间的块。元数据可以包括存储位图（SBM），其指示哪些块当前是空闲的以及哪些位用于存储数据。当写入存储介质时，可以做出存储分配请求，并且从在SBM中指示的空闲块当中分派空间。

文件系统元数据可能被损坏或包含错误。因此，可以进行文件系统检查以验证所述文件系统元数据的准确性和一致性。例如，文件系统检查可以验证SBM中指示的空闲块是否实际上是空闲的。文件系统检查校正它在元数据中找到的任何错误。以该方式，文件系统检查有助于防止文件系统的损坏，或者诸如文件或数据块被意外覆盖的错误。

文件系统检查可以例如响应于用户请求而被执行，或者被自动周期性地执行或者响应于文件系统检测到元数据中的错误而自动地执行。当文件系统没有被安装时，文件系统检查通常离线执行。这样，用户无法进行可能与离线文件系统检查发生干扰的读取或写入请求。然而，随着所存储的数据量增加，文件系统检查可能花费很长时间。因此，离线文件系统检查可能导致文件系统在延长时间段内不可用。

附图说明

现在将参考附图仅作为非限制性示例来描述本公开的示例，其中：

图1是存储系统的示意性示例；

图2是示出分配存储空间的示例性方法的流程图；

图3示出了文件系统的示例性结构；

图4在块级别示出了文件系统的示例；

图5示出了以在线文件系统检查模式安装文件系统的示例性方法；

图6示出了扩大软预留区域的示例性方法；

图7示出了重新分派存储空间的示例性方法；以及

图8示出了用于实现文件系统的示例性装置。

具体实施方式

为了提高可用性，一些存储系统允许在线（即在文件系统被安装时）执行文件系统检查。当在线文件系统检查正在进行时，该文件系统可以由用户读取。然而，由于新的写入可能与文件系统检查导致的对数据或元数据进行的改变相冲突，所以在在线文件系统检查期间写入文件系统更有问题。

在文件系统检查期间允许写入存储系统的一种方式是定义硬预留分区。例如，整个卷可以被指定为硬预留卷。硬预留卷在文件系统的正常操作期间不可用，但是在在线文件系统检查期间可以被写入。通常，硬预留卷对用户不可见。在文件系统检查完成之后，数据可以从硬预留卷迁移到正常卷中的一个。然而，该方法意味着大量的存储空间被硬预留，并且在正常使用期间不可用。而且，如果硬预留卷空间用尽，则在完成文件系统检查之前，不能进一步写入文件系统。此外，将数据从硬预留卷迁移到正常卷需要额外的开销。

本公开提出了包括非预留区域和软预留区域的存储卷。“软预留”是指该预留不是永久性的，并且在某些情况下，软预留区域的存储空间可以被重新分派给非预留区域。例如，在正常操作期间，可以从非预留区域分配文件空间，但是在在线文件系统检查期间，可以从软预留区域分配存储空间。从软预留区域分配的存储空间被重新分派给非预留区域，并且所述数据被写入所分配的存储空间。这允许在在线文件系统检查期间写入存储系统，但是不需要迁移在在线文件系统检查期间写入的数据。这还允许软预留区域的大小方面的灵活性。以该方式，可以更有效地利用存储空间。

图1示出了存储系统的示意图。存储系统包括第一逻辑存储卷10和第二逻辑存储卷20。第一卷包括软预留区域12和非预留区域14。类似地，第二卷包括软预留区域22和非预留区域24。逻辑卷及其相应的区域被映射到物理计算机可读存储介质30。存储介质30可以例如包括多个硬盘。

每个逻辑卷可以被映射到单个物理磁盘，或者可以被映射到多个物理磁盘。在所示示例中，第一卷10被映射到物理磁盘1-3上的存储空间，并且第二卷20被映射到物理磁盘4-6上的存储空间。然而，在其他示例中，第一卷10和第二卷20可以被映射到所有磁盘1-6的非重叠部分。

图2示出了在文件系统中分配存储空间的方法。在框100处，例如当用户指令将数据写入文件系统的卷时，接收存储分配请求。例如，这可能在创建新的文件时，或者在用户保存对现有文件的改变时发生。如框110所指示的，分配存储的方式取决于文件系统检查是否正在进行。如果文件系统检查没有在进行，则在120处从非预留区域分配存储空间。然后，可以将数据写入所分配的存储空间。另一方面，如果正在进行文件系统检查，则在框130处从软预留区域分配存储空间。在该情况下，在将数据写入所分配的存储空间之前，可以将所分配的存储空间从软预留区域重新分派给非预留区域。

当所分配的存储空间被重新分派时，不需要将数据从预留卷迁移到文件系统的非预留卷。与迁移数据的一些常规系统相比，该方法可以节省开销和带宽。此外，在上述示例中，可以看出，文件系统的每个卷均具有非预留区域和软预留区域。因此，即使正对例如第一卷执行文件系统检查，仍然能够可以通过从第一卷的软预留区域分配空间来将数据写入第一卷。

文件系统检查可以是应用于文件系统中的所有卷的完整文件系统检查、或者应用于文件系统中的一些但不是全部卷的部分文件系统检查。然而，与一些先前已知的存储系统不同，上述示例通过将数据写入从第一卷的软预留区域分配的存储空间而允许在把完整或部分文件系统检查应用于第一卷时将数据写入第一卷。因此，当第一卷正在经历文件系统检查时，不必将数据写入不同的卷。

在一个示例中，通过更新文件系统元数据，将所分配的存储空间从软预留区域重新分派给非预留区域。

图3是文件系统200的一个可能结构的示意性示例。文件系统300包括用于存储特定类型的预留元数据的预留元数据区段210和用于存储文件和文件元数据的文件区段202。预留元数据包括超级块（superblock）212、存储位图（SBM）214和索引节点表（Inode Table）216。它还可以包括系统日志和其他类型的预留元数据。

超级块212指示在哪里可以找到特定类型的预留元数据。因此，超级块可以被描述为元数据的元数据。例如，超级块可以包括预留元数据文件的描述符。每个描述符可以包括指向其涉及的元数据的指示符。在所示示例中，超级块212包括超级块本身的描述符、SBM的描述符、索引节点表的描述符和软预留区域的描述符。每个描述符均可以例如包括指向块的指示符和指示包括在描述符中的连续块的数目的范围。软预留区域可以由一个或多个描述符来定义。在一个示例中，软预留区域可以由描述符的链表来定义。因此，通过读取超级块，文件系统能够确定在哪里找到特定类型的元数据以及哪些块属于软预留区域。

存储位图（SBM）是针对逻辑卷中的每个块指示该块是空闲还是已经用于存储数据的位图。例如，在一个示例中，位图的每个位对应于存储空间的块，并且0指示该块是空闲的，而1指示该块被使用。

索引节点表指示在哪里找到每个文件的文件元数据。例如，它可以包括指示在哪里找到每个文件的描述符和文件名的列表。这些文件可以被存储在文件区段220中。所示出的示例仅示出四个文件，但是实际中可以存在更少的文件或多得多的文件。

在AdvFS文件系统的情况下，超级块可以是预留位图表（RBMT），并且索引节点表可以是位文件映射表（BMT）。

当从软预留区域分配文件空间时，可以更新元数据以反映这一点。例如，可以从定义软预留区域的元数据部分中删除与所分配的块相关的描述符。可以更新SBM以指示所分配的块被使用，并且描述符可以被添加到索引节点表以指示现在用于存储文件元数据的任何块。在该示例中，一旦元数据被更新，就将数据写入所分配的块。

图4示出了文件系统和把数据写入文件系统的方法的示例。由300指示的部分示出了在文件系统对用户显现时的文件系统，该文件系统具有各种目录和文件等。通常由310指示的部分是在物理存储块级别的文件系统的卷的表示。在该级别，所述卷包括例如由311、312、313等示出的存储块。在图中，诸如311、113的空块是当前未用于存储数据的空闲块，而诸如312的填充块是正被用于存储数据的已使用块。卷被划分成通常由320指示的非预留区域和通常由330指示的软预留区域。可以在如上所述的文件系统的元数据中定义软预留区域的范围。

通常，当开始设立文件系统时，软预留区域将是该卷的总大小的设定百分比。例如，它可能等于卷大小的1%。在任何情况下，软预留区域通常显著小于非预留区域。在该示例中，软预留区域完全由空闲的存储块构成。因此，软预留区域可以被描述为一致空闲空间的区域。软预留区域在存储系统的正常操作中不被使用，可以以高度的置信度来保证其包括一致空闲空间。一致空闲空间是指描述该区域的元数据是准确的并且块确实是空闲的存储块。

为了使文件系统对于用户是可用的，应当安装文件系统。一旦安装了文件系统，文件系统就是在线的并且可以由用户访问以读取或写入数据。文件系统可以以正常模式或在线文件系统检查（OFSCK）模式被安装。

在正常模式中，在文件系统在线时不可以执行文件系统检查。在该情况下，要进行文件系统检查，文件系统应当首先被卸载。因此，在发出安装文件系统的指令之前，应当执行任何文件系统检查。在在线文件系统检查模式中，可以在系统被安装和在线的同时执行在线文件系统检查。如果希望从正常模式切换到在线文件系统高速缓存模式或反之，则文件系统被卸载，然后以另一模式被重新安装。

以在线文件系统检查模式安装文件系统可以例如图5中所示的那样进行。在700处，接收以在线文件检查模式安装文件系统的指令。在710处，验证软预留区域的一致性。例如，可以通过将软预留区域的描述符与SMB作比较来验证软预留区域的一致性，从而确保被指示为处于软预留区域中的所有块由SMB指示为空闲块。还可以检查软预留区域与在文件元数据中描述的任何文件的范围不重叠。在720处，文件系统被安装，并且由此对用户可用。由于在710处的验证过程，可以以高度的置信度确保软预留区域中的块确实是空闲块。

返回参考图4，当例如由于创建或修改文件而接收到写入指令时，对文件系统做出存储空间分配请求。响应于该请求而分配存储空间的方式取决于文件系统以正常模式还是以在线文件系统检查模式被安装。

如果文件系统以正常模式被安装，则如箭头340所示，从非预留区域分配存储空间的空闲块。如果以在线文件系统检查模式安装文件系统，则不应当从正在检查其一致性的非预留区域分配块，因此从软预留区域分配空闲块，如箭头350所示。

当分配空闲块以满足存储分配请求时，存储系统可以涉及存储在计算机存储系统的存储器中的文件系统空闲空间高速缓存，而不是直接从存储卷读取元数据。读取文件系统空闲空间高速缓存可能比读取存储卷更快。

如果文件系统以正常模式安装，则文件系统空闲空间高速缓存可以用来自非预留区域的至少一些空闲空间块来填充。可以例如从SBM找到空闲块，但是该空闲块针对软预留区域描述符被检查，以确保它们不属于软预留区域。在接收到存储分配请求时，空闲块基于高速缓存被分配，并且然后从高速缓存中移除，更新存储卷上的SBM元数据，并且将数据写入所分配的块。如果空闲空间高速缓存是空的或者减少到特定阈值，则可以用来自非预留区域的其他空闲空间块来重新填充空闲空间高速缓存。

如果文件系统以在线文件系统检查模式安装，则文件系统空闲空间高速缓存可以用来自软预留区域的至少一些空闲块来填充。这可以基于查阅定义软预留区域的描述符来进行。在接收到存储分配请求时，空闲块基于高速缓存被分配，并且然后从高速缓存中移除，存储卷上的软预留区域元数据被更新，并且数据被写入所分配的块。如果空闲空间高速缓存为空或者减小到特定阈值，则可以用来自软预留区域的其他空闲空间块来重新填充空闲空间高速缓存。

参考图4的另一部分，360示出了分配来自软预留区域的多个块325以满足存储分配请求的示例。例如，通过更新文件系统元数据来重新分派该分配的块325，使得它们属于非预留区域320。然后可以将数据写入所分配的块。结果，如图中所示，软预留区域330的大小被减小。

如果软预留区域的大小下降到特定阈值以下，则可以采取动作来再次增加其大小。在370示出了示例。在该情况下，非预留区域包括由320、320A、320B、320C和320D指示的部分。软预留区域已经被减小为330所指示的部分。因此，文件系统进入清扫模式，以找到可以添加到软预留区域的空闲空间块，从而增加正常模式情况下软预留区域的大小。清扫过程找到部分320C和320A中的空闲块并且将其重新分派给软预留区域。例如，文件系统元数据被更新，使得这些空闲块现在属于软预留区域。以该方式，软预留区域被扩大。应当注意，在该示例中，软预留区域现在包括如图中箭头所示的被链接的空闲存储空间330、320C和320A的多个不连续部分。软预留区域可以由元数据中的链表中的描述符来定义。

这是灵活的系统，并且允许软预留区域使用相对小的空闲空间部分，无论这些空闲空间部分在磁盘中出现在哪里。这还可以减少对磁盘级碎片整理的需求。文件系统可以指定以该方式添加到软预留区域的空闲空间的最小大小，例如连续空闲块的最小数目。例如。在370的示例中可以看出，最小大小是四个空闲空间块，并且因此空闲空间313的单个块不被添加到软预留区域。该最小大小可以根据情况被启发性地确定。

图6是示出扩大软预留区域的示例性方法的流程图。在500，确定软预留区域的大小低于阈值。在510处，在非预留区域中找到存储空间的空闲块。在520处，例如通过更新元数据，在510处找到的存储空间的空闲块被重新分派给软预留区域。应当在文件系统处于正常模式时，而不是在文件系统处于在线文件系统检查模式时，执行该过程。

返回参考图4，380示出了非预留区域已满并且文件系统以正常模式被安装的示例。因此，应当从非预留区域分配存储空间。然而，在非预留区域中不存在剩余的空闲块。如果该情况发生，或者如果非预留区域几乎已满，或者如果非预留区域中的可用空闲空间不能满足大的文件分配请求，则可以从软预留区域分配空闲空间。在所示的示例中，以与针对360描述的管理器类似的管理来从软预留区域向非预留区域重新分派空闲空间的块325。在元数据被更新之后，这些空闲块可以被写入。以该方式，不会浪费存储空间。

图7示出了增大非预留区域的示例性方法。在600处，确定在非预留区域中不存在足够的空间。例如，如上所述，非预留区域已满、几乎已满或没有足够的空间来满足文件空间分配请求。在610处，例如通过更新元数据，来自软预留区域的存储空间被重新分派给非预留区域。因此，非预留区域被扩大并且具有可以被分配和写入的额外的空闲空间。

图8是示出用于实现本公开的文件系统的计算机系统700的示例的示意图。计算机系统包括可以通过总线730连接的处理器710、存储器720和通信接口740。存储器720存储可由处理器执行的机器可读指令。机器可读指令可以包括以下模块。文件系统创建器722用于设立文件系统并定义软预留区域。文件系统安装724用于以正常模式或在线文件系统检查模式安装文件系统。文件系统安装724可以例如根据图5中所示的方法以在线文件系统检查模式安装文件系统。写入控制器726用于处理写入请求并在文件系统中分配存储空间。写入控制器可以根据图2和图4中所示的方法来分配写入请求。空间清扫器727用于当软预留区域的大小下降到低于特定阈值时在非预留区域中找到空闲块并将找到的块重新分派给软预留区域。空间清扫器727可以根据例如图6中所示的方法进行操作。文件系统检查应用728用于执行文件系统检查。存储器可以具有高速缓存并且如以上参考图4所讨论的那样。

在本说明书（包括任何所附权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以按照任何组合被组合，除了至少一些这样的特征和/或步骤是相互排斥的组合。

除非另有明确说明，否则本说明书（包括任何所附权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由用于相同、等同或类似目的的替代特征来替代。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是通常一系列等同或类似特征的一个示例。

Claims (15)

1.一种方法，包括：

接收分配文件系统的存储卷中的存储空间的请求；

如果所述卷没有正在经历在线文件系统检查，则从所述存储卷的非预留区域分配存储空间；

如果所述卷正在经历在线文件系统检查，则从所述存储卷的软预留区域分配存储空间，并且将所分配的存储空间从所述软预留区域重新分派给所述非预留区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所分配的存储空间从所述软预留区域重新分派给所述非预留区域包括：更新文件系统元数据以指示所分配的存储空间属于所述非预留区域。

3.根据权利要求1所述的方法，包括：当所述在线文件系统检查没有进行时做出以下确定：在所述非预留区域中没有足够的空闲空间来完成写入请求，并且响应于所述确定而从所述软预留区域将存储空间重新分派给所述非预留区域，并且将数据写入重新分派的存储空间。

4.根据权利要求1所述的方法，包括：响应于确定所述软预留区域的大小低于阈值，在所述非预留区域中找到存储空间的空闲块并且将所述块分派给所述软预留区域。

5.根据权利要求1所述的方法，包括：接收以在线文件系统检查模式安装所述文件系统的指令，并且在安装所述文件系统之前验证所述软预留区域中的所有块是空闲块。

6.根据权利要求1所述的方法，包括：由所述文件系统的元数据中的描述符的链表来定义所述软预留区域。

7.根据权利要求1所述的方法，包括：将定义所述软预留区域的至少一部分的元数据存储在计算机系统的高速缓存存储器中。

8.一种存储机器可读指令的非瞬时性计算机可读介质，所述机器可读指令能够由处理器执行以进行以下步骤：

接收以正常模式或在线文件系统检查模式安装文件系统的指令；

以所述正常模式或以所述在线文件系统检查模式安装所述文件系统；

响应于当所述文件系统以所述正常模式被安装时接收到存储分配请求，从由所述文件系统的元数据定义的一致空闲空间的区域外部分配存储；

响应于当所述文件系统以在线文件系统检查模式被安装时接收到存储分配请求，从由所述文件系统的元数据定义的一致空闲空间的区域内分配存储空间。

9.根据权利要求8所述的计算机可读存储介质，包括用于进行以下步骤的指令：在接收到以在线文件系统检查模式安装所述文件系统的指令之后并且在安装所述文件系统之前，验证一致空闲空间的区域中的所有块是空闲块。

10.根据权利要求8所述的计算机可读存储介质，包括用于进行以下步骤的指令：更新所述元数据以从一致空闲空间的区域中移除响应于存储分配请求已经分配的任何块。

11.根据权利要求8所述的计算机可读介质，包括用于进行以下步骤的指令：当所述文件系统以正常模式被安装时，如果无法从处于所述一致空闲空间的区域外部的所述文件系统的各部分分配足够的空闲空间，则从所述一致空闲空间的区域内部分配存储。

12.根据权利要求8所述的计算机可读介质，包括用于进行以下步骤的指令：在所述一致空闲空间的区域外部找到一致空闲块并且通过将定义所找到的块的描述符添加到定义所述一致空闲空间的区域的元数据来扩大所述一致空闲空间的区域。

13.一种包括文件系统的计算机存储系统，所述文件系统包括单个存储卷或多个存储卷；其中每个存储卷包括：

用于存储文件的非预留区域；

软预留区域，当所述文件系统处于在线文件系统检查模式时，所述软预留区域可用于存储文件，其中，如果所述文件系统处于正常模式并且存在足够的存储空间用于所述非预留区域中的文件，则所述软预留区域不可用于存储文件；以及

其中，所述软预留区域由所述文件系统的元数据来定义。

14.根据权利要求13所述的计算机系统，包括第一存储卷和第二存储卷，所述第一卷和所述第二卷中的每一个均包括非预留区域和软预留区域；并且所述计算机系统进一步包括写入控制器，用于：

响应于在所述文件系统的正常操作模式中将数据写入所述第一卷的请求而将数据写入从所述第一卷的所述非预留区域分配的空间；以及

响应于在所述文件系统的在线文件系统检查模式中将数据写入所述第一卷的请求而将数据写入从所述第一卷空间的所述软预留区域分配的空间。

15.根据权利要求14所述的计算机系统，其中，所述软预留区域包括至少一些空闲块，所述至少一些空闲块是不连续的但是由定义所述软预留区域的元数据中的链表来连接。