TWI459196B

TWI459196B - 快閃記憶體用之提高資料存取效能的登入－結構化檔案系統

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Publication number: TWI459196B
Application number: TW099122088A
Authority: TW
Original assignee: Innostor Technology Corp
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2014-11-01
Also published as: TW201202927A

Description

快閃記憶體用之提高資料存取效能的登入-結構化檔案系統

本發明係關於一種快閃記憶體用之登入結構化檔案系統(LOG-STRUCTURED FILE SYSTEM)，尤指一種快閃記憶體用之提高資料存取效能的登入結構化檔案系統(LOG-STRUCTURED FILE SYSTEM)。

電腦主機中的硬碟是電腦資料儲存中心，隨著硬碟容量加大，作業系統亦搭配不同的檔案管理系統，以發揮硬碟的最大存取效率，如早期的FAT16、FAT32檔案管理系統至現今的NTFS檔案管理系統；其中該NTFS較FAT系列的檔案管理系統最大的不同在於，FAT系統採用「檔案配置表(File Allocation Table)」來管理磁碟與檔案，但NTFS檔案管理系理則是使用「管理檔案表(Master File Table；MFT)」，如第五圖所示，管理檔案表主要包含有表頭、檔案或資料夾名稱、檔案資料、檔案或資料夾相關資訊、建立日期等等。當作業系統產生新增資料欲儲存至硬碟時，NTFS檔案管理系統對該新增資料產生一檔案管理表，一併與檔案或資料夾儲存至硬碟中。一般來說，為提高硬碟檔案的儲存效率，硬碟最內圈會規劃為索引檔案儲存區，令讀寫頭最快地找到作業系統欲讀取檔案的索引資料，再依據索引資料儲存位址，讀出此一索引資料對應的資料檔案。

然而，管理檔案表亦為硬碟中的一個檔案，隨著檔案或資料夾數量愈多，該管理檔案表數量亦相對變多，使得記錄管理檔案表的檔案容量增大，一旦檔案容量超過硬碟的配置單元(在NTFS中可設定在512B至4096KB)即有可能面臨分割儲存處理，而造成檔案破碎不連續；如此一來，即有可能降低作業系統存取硬碟檔案或資料夾的效能。

至於檔案或資料夾的資料容量超過硬碟設定配置單元時，會有機會在分割後儲存在不連續配置單元中，造成破碎而不連續檔案，但因為該些資訊會儲存在管理檔案表中，因此硬碟配合NTFS檔案管理系統，對於不連續檔案或資料夾的讀取效能並不會有顯著降低之問題。

由上述說明可知，就硬碟存取效能來看NTFS檔案管理系統配合硬碟結構及其讀寫頭的控制方式，提供最佳讀寫檔案或資料夾的方式，然而卻無法一體適用於目前已相當普及化的快閃記憶裝置的檔案或資料夾的存取管理上。其主要原因在於快閃記憶裝置的資料儲存結構與硬碟完全不同，其實際記憶結構係由陣列式記憶單元組成，因此實際的記憶結構與硬碟已大不相同，雖較硬碟具有更輕薄的體積，但由於快閃記憶裝置的特殊記憶結構，亦造成二項個先天限制：其一係不能直接覆寫資料，其二為抺除次數有限(約為十萬次，但視各快閃記憶體類型而定，例如MLC為一萬次，而SLC為十萬次)；是以，快閃記憶裝置即必須採用配合使用不同的檔案管系統。

以下謹進一步說明目前快閃記憶裝置存取檔案或資料夾之方法。

如第六A圖所示，當作業系統對快閃記憶裝置要求儲存新增資料命令時，其檔案管理系統會如NTFS產生一包含有檔案或資料夾名稱及相關資訊的索引資料表，此時該索引資料表會與檔案或資料夾一併儲存至快閃記憶裝置的快閃記憶區(20)中。當作業系統欲刪除快閃記憶裝置其中一筆或數筆檔案(檔案B及E)或資料夾時，同樣會先讀取索引資料表，待取得對應檔案或資料夾所儲存的資料頁後，即能將該資料頁的區塊(21)及其索引資料表予以抺除，令該些區塊(21)形成自由區塊，供下筆新增檔案或資料夾儲存用，如第六B圖所示，如此一來，若下筆檔案(檔案G及H)或資料夾容量大於該些區塊，則必需加以分割儲存至其它自由區塊中，造成不連續檔案(檔案H1及H2)或資料夾。

由於快閃記憶裝置是由複數區塊呈陣列排列而成，且無讀取頭設計，雖然其管理系統配合建立索引資料表以進行檔案或資料夾的存取之用，但並無助於提升讀取不連續檔案或資料夾的效能。隨著快閃記憶裝置容量增大，使用者儲取單筆大資料容量的檔案或資料夾的機會變高，如何能建立有效的檔案管理系統，以提高檔案存取效能，將是有助於更高容量快閃記憶裝置的發展。

有鑑於上述現有快閃記憶裝置之檔案管理系統缺陷，本發明主要目的係提供一種快閃記憶體用之提高資料存取效能的登入結構化檔案系統(LOG-STRUCTURED FILE SYSTEM)。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該登入結構化檔案系統包含有：一命令解碼模組，係解讀來自上層作業系統的指令，包含新增及刪除命令；其中命令解碼模組於判斷作業系統為刪除命令時，即以移動命令取代刪除命令；一索引資料表建立模組，係連結至命令解碼模組，並於判斷新增命令時，建立與新增檔案或資料夾的索引資料表，該索引資料表係包含有檔案或資料夾名稱及相關資料，其中相關資料包含有建立日期及建立來源；一順序存取模組，係連結至命令解碼模組及索引資料表建立模組，於判斷新增命令時，將新增檔案或資料夾資料及其索引資料表一併存儲至該快閃記憶區的最後區塊中；於判斷刪除命令為移動命令時，變更目標檔案或資料夾的索引資料表的建立來源；一自由區塊整併模組，係連結至順序存取模組，並將變更過索引資料表之建立來源的對應檔案或資料夾全數刪除。

上述本發明提供快閃記憶裝置一種能夠管理檔案或資料夾儲存於連續性區塊中，主要是當作業系統下達刪除其中任一筆檔案或資料夾時，先變更索引資料表的建立來源，令作業系統無法在原目錄下找到該筆檔案或資料夾，就使用者來說快閃記憶裝置確實已無儲存在該筆檔案或資料夾；再者，本發明的自由區塊整併模組會在特定時間，一併刪除變更過建立來源的索引資料表及其對應的檔案或資料夾，以釋放更多連續的自由區塊；是以，本發明的檔案管理系統不因直接刪除檔案或資料夾釋放的自由區塊，造成下筆新增檔案或資料夾存入時，因為自由區塊容量不足，而無法儲存在連續區塊中；再者，因為本發明並非在作業系統下達刪除命令時，即對區塊進行抺除，故採用本發明的快閃記憶裝置達到抺除次數上限較慢，相對提高快閃記憶裝置的使用壽命。

首先請參閱第一圖及第二圖所示，係為本發明一種快閃記憶體用之提高資料存取效能的登入-結構化檔案系統(LOG-STRUCTURED FILE SYSTEM)的功能方塊圖及流程圖，其中該登入-結構化檔案系統(10)係連結至由陣列自由區塊組成的一快閃記憶區(20)，並包含：一命令解碼模組(11)，係解讀來自上層作業系統(30)的指令(S1)，包含新增及刪除命令；其中命令解碼模組(11)於判斷作業系統(30)為刪除命令時(S2)，即以移動命令取代刪除命令(S3)；一索引資料表建立模組(12)，係連結至命令解碼模組(11)，並於判斷新增命令時(S4)，建立與新增檔案或資料夾的索引資料表，該索引資料表係包含有檔案或資料夾名稱及相關資料(S7)，其中相關資料包含有建立日期及建立來源；一順序存取模組(13)，係連結至命令解碼模組(11)及索引資料表建立模組(12)，於判斷新增命令時(S4)，當有自由區塊狀態下(S5)，將新增檔案或資料夾資料及其索引資料表自快閃記憶區(20)的最後自由區塊開始存儲；於判斷刪除命令為移動命令時(S2)，變更目標檔案或資料夾的索引資料表的建立來源(S3)，例如將原本E：\B.txt改為E：\FILE1\B.txt；一自由區塊整併模組(14)，係連結至順序存取模組(13)，並將變更過索引資料表之建立來源的對應檔案或資料夾全數刪除；於本實施例中，該自由區塊整併模組(14)在新增命令發生時，該快閃記憶區(20)又無自由區域下始執行(S6)。

請配合參閱第三A至C圖所示，進一步說明本發明於作業系統下達新增及刪除命令時，快閃記憶裝置內部區塊儲存狀態。

首先如第三A圖所示，當作業系統下達刪除一檔案B及E命令時，該命令解碼模組會將判斷為刪除命令，而將刪除命令轉為移動命令，以將該檔案B和E的索引資料表內檔案相關資訊的建立來源加以變更，但不對儲存檔案B及E的區塊(21)進行抺除，因此快閃記憶裝區(20)將不會於每次收到刪除命令，即釋放出許多連續的自由區塊(21)。如此一來，使用者透過作業系統即無法在原目錄下找到該筆檔案或資料夾，就使用者來說快閃記憶裝置確實已無儲存在該筆檔案或資料夾。

再如第三B圖所示，當作業系統下達新增一檔案G及H命令時，該命令解碼模組合判斷為新增命令，而建立該檔案G及H的索引資料表，由於快閃記憶區(20)並無不連續自由區塊(21)，故可將檔案G、H順序儲存在連續的自由區塊中；又除非檔案G或H資料容量大於目前自由區塊容量，否則新增檔案均可連續地儲存於快閃記憶區內。因此，若快閃資料區已無自由區塊時(代表已滿)，可作為自由區塊整併模組啟動整併自由區塊的時間點，或達到應預設整併時間點，如第三C圖所示，會將變更過建立來源的索引資料表及其對應的檔案B及E或資料夾予以刪除，即將儲存檔案B及E的區塊予以抺除，如此將會出現不連續自由區域，故再進一步將不連續自由區塊加以整併為連續區塊。

請配合參閱第四圖所示，係為本發明快閃記憶體用之提高資料存取效能的登入-結構化檔案系統(10a)的第二較佳實施例，其相較第一較佳實施例包含有一快取記憶區(22)，該快取記憶區(22)係自該快取記憶區(20)中劃分一塊，專作為儲存索引資料表用，並於電腦關機時將快取記憶區(22)內的索引資料表回存至快閃記憶區(20)，因此可加速作業系統讀取或刪除檔案的效能，此外由於快取記憶區(22)不作為檔案或資料夾儲存用，亦可減少因為快取記憶區(22)滿了而必須回存至快閃記憶區(20)的次數。

由於電腦有可能不正常關機而使得快取記憶區的索引資料表來不及回存至快閃記憶區，故本發明進一步增設一工作狀態過濾模組，其係連結至快閃記憶區，以過濾目前包含有特定檔案格式(.doc/.exl/.txt/.ppt等)的索引資料表，若判斷為該些檔案格式者，不待關機後即自快取記憶區儲入快閃記憶區中；如此一來，即能避免不正常關機，使得正在作業中建立的檔案消失。

綜上所述，本發明應用於快閃記憶裝置的檔案管理系統，不因每次刪除檔案而釋放不連續自由區塊，而能有效地管理檔案或資料夾儲存於連續性區塊中；再者，因為本發明並非在作業系統下達刪除命令時，即對區塊進行抺除，故採用本發明的快閃記憶裝置達到抺除次數上限較慢，相對提高快閃記憶裝置的使用壽命。

(10)(10a)．．．檔案管理系統

(11)．．．命令解碼模組

(12)．．．索引資料表建立模組

(13)．．．順序存取模組

(14)‧‧‧自由區塊整併模組

(15)‧‧‧工作狀態過濾模組

(20)‧‧‧快閃記憶區

(21)‧‧‧區塊

(22)‧‧‧快取記憶區

(30)‧‧‧作業系統

第一圖：係本發明登入-結構化檔案系統第一較佳實施例的功能方塊圖。

第二圖：係第一圖各功能方塊圖對應的流程圖。

第三A至C圖：係本發明於作業系統下達刪除、新増及整併不連續自由區塊的示意圖。

第四圖：係本發明登入-結構化檔案系統第二較佳實施例的功能方塊圖。

第五圖：係既有硬碟的NTFS檔案管理系理用管理檔案表結構示意圖。

第六A圖：係快閃記憶裝置檔案管理系統進行刪除檔案的示意圖。

第六B圖：係快閃記憶裝置檔案管理系統進行新增檔案的示意圖。

(10)．．．檔案管理系統

(11)．．．命令解碼模組

(12)．．．索引資料表建立模組

(13)．．．順序存取模組

(14)．．．自由區塊整併模組

(20)．．．快閃記憶區

(30)．．．作業系統

Claims

一種快閃記憶體用之提高資料存取效能的登入結構化檔案系統，係連結至由陣列自由區塊組成的一快閃記憶區，並包含有：一命令解碼模組，係解讀來自上層作業系統的指令，包含新增及刪除命令；其中命令解碼模組於判斷作業系統為刪除命令時，即以移動命令取代刪除命令；一索引資料表建立模組，係連結至命令解碼模組，並於判斷新增命令時，建立與新增檔案或資料夾的索引資料表，該索引資料表係包含有檔案或資料夾名稱及相關資料；一順序存取模組，係連結至命令解碼模組，於判斷新增命令時，將新增檔案或資料夾資料依序儲入連續自由區塊；於判斷刪除命令為移動命令時，變更目標檔案或資料夾的索引資料表的建立來源；一自由區塊整併模組，係連結至順序存取模組，並將變更過索引資料表之建立來源的對應檔案或資料夾全數刪除。
如申請專利範圍第1項所述之登入結構化檔案系統，該自由區塊整併模組係於順序存取模組判斷無自由區塊時，將變更過索引資料表之建立來源的對應檔案或資料夾全數刪除。
如申請專利範圍第1或2項所述之登入結構化檔案系統，該快閃記憶區係進一步劃分出一快取記憶區，作為儲存索引資料表之用。
如申請專利範圍第3項所述之登入結構化檔案系統，該快閃記憶區於作業系統傳來電腦關機訊號時，將快取記憶區內的索引資料表回存至快閃記憶區。
如申請專利範圍第4項所述之登入結構化檔案系統，該快閃記憶區係進一步包含有一工作狀態過濾模組，以過濾目前包含有特定檔案格式的索引資料表，並於目前已建立有符合該些檔案格式之檔案者，不待關機後即自快取記憶區儲入快閃記憶區中。