適用於混合應用存儲媒介的動態分區的製作方法

2023-07-06 17:56:21

專利名稱：適用於混合應用存儲媒介的動態分區的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及數據存儲，尤其涉及適用於實現混合應用存儲媒介的動態分區的方法和/或裝置。
背景技術：
當同一系統組合了多種功能時，在該系統中的存儲媒介就需要能夠支持各種不同型譜的應用。特別是，諸如個人視頻錄像儀和其它設備之類的家庭媒介設備實際上都是由處理器和存儲資源所構成的。其它消費類產品也都開始包含大量的存儲技術，例如，硬碟和光碟。至少可以識別出三種基本的應用組。各組應用都希望具有不同需求來滿足同一存儲媒介的需要。諸如視頻播放和記錄之類的高數據傳輸速率應用會受到嚴格的實時限制。諸如音頻播放和記錄之類的媒介數據傳輸速率應用也會受到嚴格的實時限制。諸如靜態圖形元素、郵件/WWW數據和其它輔助數據之類的低數據傳輸速率應用就會有較為寬鬆的實時限制。
與應用相關聯的存儲文件的數量和大小一般都遵循以下關係(i)少量的大文件(例如，視頻程序)；(ii)中等數量的中等文件(例如，音頻程序)；和(iii)大量的小文件(例如，靜態圖形元素，郵件/WWW數據和其它輔助數據)。為了有效工作，這些應用中的各種應用都會使用在媒介中的存儲空間，這就需要採用不同的文件系統來管理，以便於各自優化特殊的應用。
當前存儲管理解決方案主要取自於臺式PC和工作站環境，將存儲空間分區成一個或多個分區。各種分區方法都將總的存儲空間中的固定部分專門分配給相關文件系統的應用程式。圖1顯示了一種分區配置。
採用圖1所示的實施方法，多個獨立的分區(分區1，分區2和分區3)分別分配給不同的文件系統。分區1-3一般都是在對存儲媒介進行格式化/初始化時固定的。如果使用分區1-3中所指定一個分區的應用程式使用了在該指定分區中的所有存儲空間時，能夠增加指定分區大小的唯一方法是對系統中的所有分區進行重新分區和/或重新格式化的操作。重新格式化十分耗時，並且會丟失現有的存儲數據以及在分區1-3正在使用時還不能進行。
對於這些問題有許多常規的解決方法。單一的分區可以採用通用的文件系統來實施。然而，對於任何特殊應用來說，這類通用的文件系統並不是最佳的。沒有優化，這類文件系統對於一種和多種這些應用的工作效率就不高。
可以實施採用通用文件系統的單一分區，以便於繞過直接使用存儲空間初始化之後的文件系統。然而，任何繞過文件系統都必須確保不會危及文件系統整體性的安全以及保持同步。
可以實現採用通用文件系統的單一分區，它可以在文件系統上添加一個輔助的專用存儲管理方法。一些其它的存儲管理解決方案的添加可以提高通用文件系統的效率，但會引發類似於固定分區的問題(例如，需要重新格式化和/或重新初始化分區)。
可以實施多重固定分區，以便於接受各種應用程式的空間限制作為系統的限制。採用這樣的系統，終端用戶就會在依賴於任何特殊環境中如何使用各個固定分區的產品工作中暴露出所不希望的限制。
因此，就需要能夠實施動態分區存儲媒介的方法和/或裝置，以便於支持各種不同文件系統的混合應用程式。

發明內容
本發明涉及一種包含第一分區和第二分區的裝置，第一分區具有第一文件系統，它包括(i)多個第一簇，各自可配置成存儲數據且所具有的存取速度比第一種最差情況的數據傳輸速率更快；和(ii)不會被多個第一簇所使用的專用空間。第二分區具有第二文件系統，它包括多個第二簇，(i)可配置成存儲數據且所具有的存取速度比第二種最差情況的數據傳輸速率更快；和(ii)佔據著專用空間。
本發明的目的、性能和優點包括提供一個文件系統，該文件系統可以(i)提供多重分區；(ii)以層次的方式來控制在各個分區中的空間；(iii)允許任何數量的應用程式使用任何數量的優化文件系統且可以共同分享系統的存儲空間；(iv)由總的有效自由存儲空間來綁定一些適用於特殊文件系統應用程式的有效空間；(v)貫徹執行在一些應用文件系統之間存儲空間(空間和/或存取)所固有的存取次序；(vi)提供高速緩衝器的分攤；以及/或者(vii)提供媒介缺陷管理。


本發明的上述以及其它目的、性能和優點將從下列詳細描述和所附的權利要求以及附圖中變得顯而易見，附圖包括圖1圖示說明了一種常規文件系統；圖2圖示說明了一種根據本發明的分區層次結構；圖3圖示說明了一種空間擴展請求的向下進程；圖4圖示說明了一種空間收縮請求的向下進程；以及，圖5圖示說明了一種文件系統的實施方法。
具體實施例方式
參見圖2，該圖顯示了分區系統100的示意圖。該系統100主要包括多個分區102a-102n。各個分區102a-102n表示一部分專門用於特殊文件系統的存儲空間(或者存儲設備陣列)。系統100可以用於實現動態分區，以便於允許分區100a-100n可以根據在特殊文件系統中的應用方便地改變有效存儲空間以請求比原先分配更多(或更少)的存儲空間。在系統100中，存儲空間是採用層次結構分區的，使得各個應用文件系統都可以在邏輯上以典型文件大小的次序「疊加」在另一文件系統的上面。
層次結構的最小數字(例如，分區102a)存儲著一些文件104a-104n，這些文件適用於使用具有最大存儲空間和最高數據傳輸速率的文件的應用。所示的分區102a還具有專用部分106a，該部分不能用於存儲文件104a-104n。然而，該專用部分106a可以由分區102b使用。對於分區102a來說，專用部分106a可以像文件104a-104n中的一個文件來工作。對於分區102b來說，專用部分支持一種不同於分區102a文件系統的文件系統。分區102a僅僅只是分區102a-102n中的一個分區，初期具有整個有效的存儲空間。後續分區(例如，102b和102n)初期僅僅只具有最小的有效存儲空間。適用於特殊分區的存儲空間(例如，分區102n)通常可以以下所示的分區(例如，分區102b)進行分配。各個分區102a-102n一般都包含一個獨立的文件系統。通過實施獨立的文件系統，對於特殊應用可以優化諸如簇大小、傳輸速度等等之類的操作特性。所示的分區102b具有一些文件108a-108n。所示的分區102n具有一些文件110a-110n。分區102a-102n的指定數可以增加或者減小，以便於滿足特殊實施方法的設計要求。
一例對使用分區102n的文件系統分配有效空間的實例是由使用分區102b的文件系統所分配和管理的專用空間106b。對使用分區102b的文件系統有效的空間是由使用分區102a的文件系統所分配和管理得專用空間106a。對分區102a有效的空間是媒介上的整個存儲空間。由於對分區102b和102n有效的空間是由另一文件系統來管理的，所以對於這種物理上相鄰的空間就沒有任何特殊的設計要求。特別是，在圖2圖示說明了適用於各個分區102a-102n的相鄰空間的同時，也可以採用非相鄰空間來滿足特殊實現方法的設計要求。因此，可以在各級層次結構上來實現一些專用部分106a和106b。例如，分區102a可以具有多個專用部分106a，且各自可以配置成支持多個分區102b中的一個分區。
參見圖3，該圖顯示了一例文件系統100的實例，在該實例中，層次結構的上面(例如，分區102n)使用了所有初期分配的空間。圖3圖示說明了當需要寫入文件110n+1時請求從上層文件系統102n向下層文件系統102a進行空間擴展的向下進程。分區102n請求從分區102b的文件系統向下空間擴展。如果文件系統102b具有沒有使用的有效空間，則文件系統102b通過增加專用空間106b來分配一些適用於文件系統102n使用的空間。如果分區102b的文件系統沒有任何未使用的有效空間，則向文件系統102a提出空間擴展的請求。分區102a的文件系統增加專用空間106a的大小。由於分區102a的文件系統是在層次結構中最低的，並且使用了媒介的所有有效空間，所以分區102a的文件系統可以不再請求更多的空間。
參見圖4，該圖顯示了一例文件系統100的實例，在該實例中，層次結構中的上層分區102n不再使用所有分配的空間。分區102n通過請求專用空間106b的收縮向下釋放空間返回至分區102b的文件系統。圖4圖示說明了請求從上層文件系統向下層文件系統空間收縮的向下進程。如果分區102b的文件系統還沒有使用額外的空間時，則分區102b的文件系統就向下層分區102n的文件系統傳遞收縮的請求，只要存在著較下層的文件系統(例如，當分區102b的文件系統不是層次結構中的最小成員)。本發明可以允許分區的大小適用於在層次結構中另一文件系統102a-102n所分配和/或調整的任何特殊應用程式的任一分區102a-102n中的任一文件系統。
參見圖5，該圖顯示了文件系統100的詳細實施方法。文件系統一般都是以稱之為簇的最小分配單元來分配空間。所示的分區102a文件系統具有多個簇120a-120n。所示的分區102b問津系統具有多個簇122a-122n。所示分區102n文件系統具有多個簇124a-124n。所指定的簇120a-120n、122a-122n和124a-124n可以任意選擇，或者基於在所使用的空間效率和數據傳輸速率性能之間的權衡來選擇。對於需要數據傳輸速率的大的文件來說，可以使用大的簇(例如，10000Kb-20000Kb，較佳的是14000Kb-18000Kb，最佳的是在1638Kb的範圍內)，以便於獲得所需的性能。對於傳輸速率不是很重要的小的文件來說，可以使用小的簇(例如，8Kb-128Kb，或者在64Kb和16Kb的範圍內)，以便於獲得所需的存儲效率。中等的簇可以在512Kb的範圍內。在各個分區102a-102n中，所有的簇大小一般都是相同。對於動態分區的實施方法來說，分區1-3可以低層簇的大小次序進行堆疊，即，最大的簇可以堆疊在層次結構的低層，而最小的簇可以堆疊在上層。
分區102a可以進行優化，以便於用於視頻文件。視頻存儲一般涉及成千上萬個文件的存儲。節目的平均長度，對於電視節目一般是30分鐘，而電影則為2個小時。適用於較低質量記錄的3Mbit傳輸速率(或者適用於較高質量記錄的8Mbit)通常產生在640Mb到6.8Gb範圍內的文件大小。
分區102b可以用於攝像機JPEG和MP3的文件。這類文件的存儲主要涉及上萬個文件的存儲，這些文件的平均大小在500Kb到4Mb的範圍內。MP3文件一般每首歌的平均大小為大約2Mb到5Mb。
分區102n可以分區3a和分區3b的方式來實施。分區3a可以用於內部視頻相關的數據。30分鐘的視頻在115Kb的範圍內，可以存儲數千個文件。可以196Kb的典型速率來進行這類信息的編輯。分區3b可以用於電子節目指引(EPG)數據、EPG數據包括節目列表和描述，這一般都是通過數據機間接下載的，或者以衛星信號作為私密數據流下載。這類存儲一般都涉及數千個文件的存儲，這些文件的預定大小大約為1Kb到32Kb。基於上述實例，分區3b的16Kb的分配單元將顯得太慢，由於分段和文件系統的管理，要在分區1中存儲8Mbit的復用視頻數據。相反，分區1的16Mb的分配單元也不能有效地使用具有16Mb分配單元的存儲空間。這樣的實施方法會浪費大約16Gb的空間。通過優化存儲特殊類型(或者分類)文件的分區102a-102n的文件系統，本發明可以最大化資源的使用。各個分區102a-102n一般都可支持比較差情況下的數據傳輸速率更快的數據存取。分區102a可以支持第一種較差情況的數據傳輸速率。分區102b可以支持第二種較差情況的數據傳輸速率，等等。
本發明特別適用於有限資源(例如，存儲器大小和處理器速度，等等)的消費類產品。在這些應用中，本發明可以提供高速緩衝器的分攤和媒介缺陷的管理。
採用高速緩衝器分攤的方法，可以為分區102a文件系統提供文件數據高速緩衝器。這類文件數據緩衝器也有利於其它層次結構的分區102b-102n。層次結構的分區102b-102n文件系統不需要分離大的數據緩衝器，因為它們可以使用來自分區102a文件系統的緩衝器。這種重新使用存儲器緩衝器的方法可以稱之為高速緩衝器的存儲器分攤，並且可以通過限制高速緩衝器存儲器的複製來節省存儲器空間和更有效地使用。
也可以實施媒介缺陷管理，因為只有分區102a的文件系統可以直接訪問存儲媒介，實施單一缺陷管理系統可以免去在其它層次結構分區102b-102中的缺陷管理的需要。該缺陷管理的多重使用可以節省存儲器空間和資源。
採用上述層次結構，可以進行三種或更多種的優化，以便於簡化文件系統的實施。空間的擴展和收縮可以限制在接受文件系統的簇大小的倍數。空間的擴展和收縮可以限制於只在文件系統有效的分區空間的邏輯端點處進行。
當其它分區是一個文件(例如，在一個文件中的文件系統)時，接受文件系統可以管理分配給其它分區的空間。這後一優化允許使用樹狀結構的同一存儲空間來支持多重動態分區的層次結構(即，各個文件系統僅僅只能使用一個空間的資源單可以為多個其它文件系統提供空間)。
採用本發明的文件系統一般都能支持被管理的空間進行動態擴展/收縮並且通常還能夠在文件系統仍處於應用程式使用的同時進行有效的這些操作(即，透明的)。在共同申請No.10/167,172中揭示了一例這種文件系統的實例，並通過參考合併與此。在.10/167,172中所討論的搜索最小可恢復流文件系統可以通過對簇鏈120a-120n、122a-122n和124a-124n添加和刪減簇來支持本發明的性能。
在本發明參考上述較佳實施例進行特殊顯示和討論的過程中，本領域的普通技術人員應該理解到，各種形式和細節上的變化都沒有背離本發明精神和範圍。
權利要求
1.一種裝置，其特徵在於，該裝置包括第一分區，所述第一分區具有第一文件系統，並包括(i)多個第一簇，分別配置成存儲數據且所具有的存取速度比第一種最差情況的數據傳輸速率更快；和(ii)第一專用空間，它不會被所述多個第一簇所使用；和，第二分區，所述第二分區具有第二文件系統，並包括多個第二簇，(i)可配置成存儲數據且所具有的存取速度比第二種最差情況的數據傳輸速率更快；和(ii)佔據著所述專用空間。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述第二文件系統還包括第二專用空間。
3.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括第三分區，所述第三分區具有第三文件系統，並包括多個第三簇，(i)可配置成存儲數據且所具有的存取速度比第三種最差情況的數據傳輸速率更快；和(ii)佔據著所述第二專用空間。
4.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述第一專用空間可以響應來自所述第二文件系統的請求進行調整。
5.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述第一專用空間的所述調整包括(i)空間的增加或者(ii)空間的減小。
6.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述第一最差情況數據傳輸速率可優化成適用於大量的小文件。
7.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述第一最差情況數據傳輸速率的所述優化包括採用小的簇來實施所述第一文件系統。
8.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述第二最差情況數據傳輸速率可優化成適用於少量的大文件。
9.如權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述第二最差情況數據傳輸速率的所述優化包括採用大的簇來實施所述第二文件系統。
10.一種適用於動態分區存儲媒介設備的方法，其特徵在於，該方法包括步驟(A)產生第一分區，所述第一分區具有第一文件系統，並包括(i)多個第一簇，分別配置成存儲數據且所具有的存取速度比第一種最差情況的數據傳輸速率更快；和(ii)第一專用空間，它不會被所述多個第一簇所使用；和，(B)產生第二分區，所述第二分區具有第二文件系統，並包括多個第二簇，(i)可配置成存儲數據且所具有的存取速度比第二種最差情況的數據傳輸速率更快；和(ii)佔據著所述專用空間。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述第二文件系統還包括第二專用空間。
12.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，還包括產生第三分區，所述第三分區具有第三文件系統，並包括多個第三簇，(i)可配置成存儲數據且所具有的存取速度比第三種最差情況的數據傳輸速率更快；和(ii)佔據著所述第二專用空間。
13.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述第一專用空間可以響應來自所述第二文件系統的請求進行調整。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述第一專用空間的所述調整包括(i)空間的增加或者(ii)空間的減小。
15.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述第一最差情況數據傳輸速率可優化成適用於大量的小文件。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述第一最差情況數據傳輸速率的所述優化包括採用小的簇來實施所述第一文件系統。
17.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述第二最差情況數據傳輸速率可優化成適用於少量的大文件。
18.如權利要求17所述的方法所述的裝置，其特徵在於，所述第二最差情況數據傳輸速率的所述優化包括採用大的簇來實施所述第二文件系統。
19.一種設備，其特徵在於，包括用於產生第一分區的裝置，所述第一分區具有第一文件系統，並包括(i)多個第一簇，分別配置成存儲數據且所具有的存取速度比第一種最差情況的數據傳輸速率更快；和(ii)第一專用空間，它不會被所述多個第一簇所使用；和，用於產生第二分區的裝置，所述第二分區具有第二文件系統，並包括多個第二簇，(i)可配置成存儲數據且所具有的存取速度比第二種最差情況的數據傳輸速率更快；和(ii)佔據著所述專用空間。
全文摘要
一種包含第一分區和第二分區的裝置。第一分區具有第一文件系統，它包括(i)多個第一簇，各自可配置成存儲數據且所具有的存取速度比第一種最差情況的數據傳輸速率更快；和(ii)不會被多個第一簇所使用的專用空間。第二分區具有第二文件系統，它包括多個第二簇，(i)可配置成存儲數據且所具有的存取速度比第二種最差情況的數據傳輸速率更快；和(ii)佔據著專用空間。
文檔編號G06F17/30GK1749973SQ20051008592
公開日2006年3月22日 申請日期2005年7月14日 優先權日2004年7月14日
發明者P·斯萬恩 申請人:Lsi羅吉克公司