CN101986305A - 一种文件系统的操作方法及一种通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种文件系统的操作方法及一种通信装置，属于通信技术领域。该方法包括：接收用户的文件操作请求；根据文件操作请求，向硬件加速单元发送文件操作指令，使得硬件加速单元根据文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作，并将操作后的数据不经过中央处理单元CPU而直接返给用户，从而实现用户与存储设备中的数据文件相互间的通信。本发明实施例由硬件加速单元来完成对数据文件的操作，并将操作后的数据不经过中央处理单元CPU而直接返给用户，由于硬件加速单元处理性能大大优于CPU，因此，可以充分利用硬件加速单元的性能，实现高带宽的数据传输。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种文件系统的操作方法及一种通信装置。
背景技术
文件系统是操作系统中负责管理和存储数据文件信息的软件机构。文件系统由三部分组成：与数据文件管理有关的软件、被管理的数据文件以及实施数据文件管理所需的数据结构。从系统角度来看，文件系统是对文件存储器空间进行组织和分配，负责数据文件的存储并对存入的数据文件进行保护和检索的系统。
目前文件系统的操作主要是由操作系统内核完成，文件系统根据文件名获取到数据文件的配置信息，再根据配置信息向存储设备发起操作，读取相应的存储数据，并将该存储数据放置在操作系统内核的数据缓冲区内，然后再拷贝到用户内存中，由CPU进行相应的处理。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
传统文件系统的操作方式对所有存储数据的操作均需要通过CPU来完成，在处理高带宽的文件数据(如电信领域的流媒体文件)时，虽然可以使用SSD(Solid State Disk，固态硬盘)技术来满足存储带宽的需求，但现有的CPU处理能力无法满足高带宽处理需求，因此，需要一种新的技术来实现高带宽的文件数据的处理。
发明内容
为了使文件系统满足CPU+外部硬件加速单元来处理存储数据的需求，本发明实施例提供了一种文件系统的操作方法。所述技术方案如下：
该方法包括：
接收用户的文件操作请求；
根据所述文件操作请求，向硬件加速单元发送文件操作指令，使得所述硬件加速单元根据所述文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作，并将操作后的数据不经过中央处理单元CPU而直接返给所述用户，从而实现所述用户与所述存储设备中的数据文件相互间的通信。
本发明实施例还提供了一种通信装置，所述系统包括：
中央处理单元CPU，存储设备以及硬件加速单元；
中央处理单元CPU，存储设备以及硬件加速单元；
所述CPU用于接收用户的文件操作请求；根据所述文件操作请求，向硬件加速单元发送文件操作指令；
所述硬件加速单元根据所述文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作，实现所述用户与所述存储设备中的数据文件相互间的通信。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例由硬件加速单元来完成对数据文件的操作，并将操作后的数据不经过中央处理单元CPU而直接返给用户，由于硬件加速单元处理性能大大优于CPU，因此，可以充分利用硬件加速单元的性能，实现高带宽的数据传输。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种文件系统操作方法的流程示意图；
图2是本发明实施例2提供的一种文件系统操作方法的流程示意图；
图3是本发明实施例3提供的一种通信装置的结构示意图；
图4是本发明实施例3提供的一种通信装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
参见图1，本实施例提供了一种文件系统的操作方法。该方法包括：
101：接收用户的文件操作请求；
用户可以通过发送文件操作请求，对存储设备中的数据文件进行相关的操作，该文件操作请求可以是：读取文件，上传文件等请求。
102：根据所述文件操作请求，向硬件加速单元发送文件操作指令，使得所述硬件加速单元根据所述文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作，并将操作后的数据不经过中央处理单元CPU而直接返给所述用户，从而实现所述用户与所述存储设备中的数据文件相互间的通信。
在步骤101后，本发明实施例还可以包括：
根据所述文件操作请求确定访问的对象，如果访问的对象是流媒体文件，则进入分离操作模式，根据所述文件操作请求，向硬件加速单元发送文件操作指令，使得所述硬件加速单元根据所述文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作。
反之，如果访问的对象不是流媒体文件，则进入普通操作模式，根据所述文件操作请求，向操作系统内核发送文件操作指令，使得操作系统内核根据所述文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作。
本发明实施例中，存储设备可以为固态硬盘(SSD)等具有高带宽的存储器，硬件加速单元可以为可编程逻辑器件(PLD)或专用集成电路(ASIC)，如果用PLD实现，具体可以采用现场可编程逻辑器件(FPGA)。
本发明实施例中，由硬件加速单元来完成对数据文件的操作，并将操作后的数据不经过中央处理单元CPU而直接返给所述用户，由于硬件加速单元处理性能大大优于CPU，因此，可以充分利用硬件加速单元的性能，实现高带宽的数据传输。
同时，本发明实施例还提供了两种操作模式，上述不经CPU而由硬件加速单元直接处理的为分离操作模式，主要适用于流媒体文件(带宽消耗量较大)；同时，针对普通的文件操作，本发明实施例还提供了一种普通操作模式，基于现有的文件系统实现方法来对非流媒体文件进行操作，因此，在实现高带宽数据处理的同时，保留了原文件系统操作接口，可以兼容非硬件加速操作的数据处理，提高了系统的兼容性。
实施例2
参见图2，本实施例基于实施例1，提供了一种文件系统的具体操作方法，该方法可以基于图3、图4提供的硬件架构实现，上述方法包括如下步骤：
201：应用程序进行读操作；
这里的应用程序是指CPU里的应用程序，用来处理用户的访问指令，应用程序收到用户请求后，对该请求进行处理，如果需要对文件进行读操作后，则开始执行相应的读操作。本发明实施例中，用户请求可以先发送给硬件加速单元，然后由硬件加速单元将访问请求通过相应的通信接口转发给CPU。
CPU在用户态下，应用程序与文件系统之间的交互是基于文件名进行的，文件系统根据文件名就可获取到数据文件相应的配置信息(Layout言息)，该信息给出了数据文件的存放地址(如逻辑块地址)、数据长度等信息，通过该配置信息，便可以从存储数据文件的存储设备(如SSD设备)中获得数据文件的内容。
202：判读是否为分离操作模式；
CPU接收到用户的文件操作请求(如读操作)后，根据该文件操作请求，判断是否为分离操作模式，即，是否向硬件加速单元发送文件操作指令。判断的依据为操作的数据文件的类型，如果是流媒体文件(MP4、flv等类型文件)，则进入分离操作模式，后续执行步骤203，向硬件加速单元发送文件操作指令；否则，如果不是对流媒体文件进行操作(如访问本地U盘一个txt文档)，则进入正常操作模式，后续执行步骤213，向CPU的操作系统内核发送文件操作指令。
正常操作模式采用目前文件系统的操作方式，即，对数据文件的主要操作是由CPU的操作系统内核完成，在用户态下，文件系统根据文件名获取到该数据文件的配置信息，再根据该配置信息向存储设备发起操作，读取存储设备中相应的存储数据，将该相应的存储数据均放置在操作系统内核的数据缓冲区内，此时在CPU中，再通过内存拷贝，将操作系统内核的数据缓冲区内的存储数据拷贝到用户内存中，由CPU进行相应的处理，而当CPU对相应的存储数据完成处理后，文件系统将所述CPU完成处理的信息报告给用户应用程序。
203：当操作类型为分离操作模式，文件系统根据文件名获取相应文件的配置信息；
应用程序与文件系统之间的交互是基于文件名进行的，文件系统根据文件名就可获取到数据文件相应的配置信息，通过该配置信息，可以获得数据文件的内容。
204：根据文件的配置信息操作存储设备；
通过该配置信息，可以获得数据文件的内容。文件的配置信息是一张文件信息表，该信息表可放置在文件头的位置处，在该信息表中包括了文件的长度以及文件所存放的逻辑地址，这样，通过这个配置信息，就可以得到文件存放的逻辑地址，通过这些逻辑地址，就可对存储设备操作，获得存储在该存储设备中文件的相关内容。
205：读取存储设备中的文件数据，将其存储在硬件加速单元的数据缓冲区；
通过文件的配置信息，就可以得到文件存放的逻辑地址，从存储设备中读取这些逻辑地址中所存放的文件数据，并将所读取的文件数据存储到硬件加速单元的数据缓冲区。
206：判断存储设备中的文件数据是否全部存储在硬件加速单元的数据缓冲区；
通过将存储设备中的数据搬迁(传输)到硬件加速单元的数据缓冲区，在数据的传输过程中，判断是否全部数据传输完毕，直到全部文件数据传输完毕之后，执行步骤207。
207：通知硬件加速单元数据传输完成；
全部文件数据传输完毕之后，通知硬件加速单元数据搬移完成，硬件加速单元接到数据全部完成的信息后，执行步骤208。
208：硬件加速单元处理相应的存储数据；
硬件加速单元将从存储设备读取的存储数据进行处理，通过步骤209，判断硬件加速单元已处理完存储数据，当硬件加速单元已处理完存储数据后，通知应用程序。在这过程当中，CPU不需要进行处理数据处理，完成由硬件加速单元来完成，通过硬件加速单元来将数据直接发送给用户，而不用经过CPU，由于硬件加速单元是基于硬件(FPGA、ASIC)实现，因此，其处理性能(高带)远远优于CPU，从而可以实现高带宽的数据传输。
209：判断硬件加速单元是否处理完存储数据；
当硬件加速单元已处理完存储数据后，通知应用程序。
通过步骤203-步骤209，CPU根据所述文件操作请求，向硬件加速单元发送文件操作指令，使得所述硬件加速单元根据所述文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作，实现所述用户与所述存储设备中的数据文件相互间的通信。
另一方面，当CPU根据文件操作请求，判断出对该文件操作请求的操作为正常操作模式执行步骤213；
213：当操作类型不为分离操作模式(正常操作模式)时，文件系统根据文件名获取相应文件的配置信息；应用程序与文件系统之间的交互是基于文件名进行的，文件系统根据文件名就可获取到数据文件相应的配置信息，通过该配置信息，CPU可以获得数据文件的内容。
214：根据文件的配置信息操作存储设备；
通过该配置信息，可以获得数据文件的内容。文件的配置信息是一张文件信息表，该信息表可放置在文件头的位置处，在该信息表中包括了文件的长度以及文件所存放的逻辑地址，这样，通过这个配置信息，CPU通过文件系统，就可以得到文件存放的逻辑地址，通过这些逻辑地址，就可对存储设备操作，获得存储在该存储设备中文件的相关内容。
215：读取存储设备中的文件数据，将其存储在操作系统内核的数据缓冲区；
通过文件的配置信息，就可以得到文件存放的逻辑地址，读取这些逻辑地址中所存放的文件数据，并将所读取的文件数据存储到操作系统内核(内核态)的数据缓冲区。
216：判断存储设备中的文件数据是否全部存储到操作系统内核(内核态)的数据缓冲区；
通过将存储设备中的数据搬迁(传输)到操作系统内核(内核态)的数据缓冲区，在数据的传输过程中，判断是否全部数据传输完毕，直到全部文件数据传输完毕之后，执行步骤217。
217：将数据从内核态缓冲区拷贝到用户态数据缓冲区。
全部文件数据传输完毕之后，将数据从内核态缓冲区拷贝到用户态数据缓冲区，由CPU对这些数据进行处理，当CPU处理完这些数据后，通知应用程序。
本实施例通过将对数据文件操作分为正常操作模式和分离操作模式，从而将文件系统的信令控制与数据传递分离，以不同的方式完成对操作存储数据的数据传递工作，解决存储数据必须经过CPU传递的问题，同时保留原文件系统操作接口，保证兼容非硬件加速数据处理。由此提高了系统的数据控制与数据处理的能力。
实施例3
本实施例提供一种通信装置30，参见图3，该装置包括：中央处理单元CPU301，硬件加速单元302，存储设备303；
CPU301，用于接收用户304的文件操作请求；根据所述文件操作请求，向硬件加速单元302发送文件操作指令，使得所述硬件加速单元302根据所述文件操作指令对存储设备303中的数据文件进行操作，实现应用程序(用户)304与所述存储设备303中的数据文件相互间的通信。
本发明实施例中，该用户在硬件上并不直接与CPU301相连，而是与硬件加速单元302相连，通过CPU与硬件加速单元中的相应接口(图中未示出)再将指令通过硬件加速单元传给CPU。这样在硬件上对外(用户)只需要采用一个接口，方便管理。
其中硬件加速单元302可为可编程逻辑器件(PLD，Programmable Logic Device)，如FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、CPLD(Complicated Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)；或者硬件加速单元也可以通过ASIC(Application-Specific Integrated Circuit，专用集成电路)芯片来实现。
其中CPU301还可用于根据所述文件操作请求确定访问的对象，如果是流媒体文件，则进入分离操作模式，根据所述文件操作请求，向硬件加速单元发送文件操作指令，使得所述硬件加速单元根据所述文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作。
参见图4，为对图3中的实施例进行更详细说明的示意图，其中，CPU可分为用户态和内核态，其中，用户态包括：应用程序，用于处理用户访问请求；数据处理单元，用于对数据进行处理；内核态包括：文件系统处理单元，用于基于现有技术进行文件系统处理；数据缓冲区，用于进行数据缓冲。
硬件加速单元在本发明实施例中用FPGA实现，包括数据处理单元以及数据缓冲区，其中，数据处理单元用于进行数据处理；数据缓冲区用于进行数据缓冲。P
上述CPU以及FPGA的数据缓冲区都可以用外挂的SDRAM来实现。其缓冲区的实现技术为本领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。
同时，在CPU、硬件加速单元以及存储设备之间设置交换设备，如PCIE Switch来实现数据的高速传输。
本实施例提供的通信装置，与方法实施例属于同一构思，各单元具体实现过程可以参见方法实施例，这里不再赘述。
本实施例通过将对数据文件操作分为正常操作模式和分离操作模式，从而将文件系统的信令控制与数据传递分离，以不同的方式完成对操作存储数据的数据传递工作，解决存储数据必须经过CPU传递的问题，同时保留原文件系统操作接口，保证兼容非硬件加速数据处理。由此提高了系统的数据控制与数据处理的能力。
以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种文件系统的操作方法，其特征在于，该方法包括：
接收用户的文件操作请求；
根据所述文件操作请求，向硬件加速单元发送文件操作指令，使得所述硬件加速单元根据所述文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作，并将操作后的数据不经过中央处理单元CPU而直接返给所述用户，从而实现所述用户与所述存储设备中的数据文件相互间的通信。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收用户的文件操作请求之后，还包括：
根据所述文件操作请求确定访问的对象，如果访问的对象是流媒体文件，则进入分离操作模式，根据所述文件操作请求，向硬件加速单元发送文件操作指令，使得所述硬件加速单元根据所述文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
如果根据所述文件操作请求确定的访问对象不是流媒体文件，则进入普通操作模式，根据所述文件操作请求，向操作系统内核发送文件操作指令，使得操作系统内核根据所述文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述存储设备为固态硬盘SSD；所述硬件加速单元为可编程逻辑器件PLD或专用集成电路ASIC。
5.一种通信装置，其特征在于，包括：
中央处理单元CPU，存储设备以及硬件加速单元；
所述CPU用于接收用户的文件操作请求；根据所述文件操作请求，向硬件加速单元发送文件操作指令；
所述硬件加速单元根据所述文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作，实现所述用户与所述存储设备中的数据文件相互间的通信。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述CPU还用于：
根据所述文件操作请求确定访问的对象，如果是流媒体文件，则进入分离操作模式，根据所述文件操作请求，向硬件加速单元发送文件操作指令，使得所述硬件加速单元根据所述文件操作指令对存储设备中的数据文件进行操作。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于：
所述存储设备为固态硬盘SSD，所述硬件加速单元为可编程逻辑器件PLD或专利用集成电路ASIC。
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