CN102968382A - 一种空闲存储单元的查找方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空闲存储单元的查找方法及装置。该查找方法中，存储资源包括多个存储单元，多个存储单元的使用状态由多级存储块的使用状态来表征，上一级中的每一存储块的使用状态表征相邻下一级中的预定数量的存储块的使用状态，最低级的每个存储块的使用状态表征预定数量的存储单元的使用状态；当下一级中的存储块中存在使用状态为空闲的存储块时，该使用状态为空闲的存储块的上一级存储块也为使用状态为空闲的存储块，方法包括：接收对空闲存储单元的查找指令；根据查找指令从多级存储块的最高级存储块向最低级存储块逐级查找使用状态为空闲的存储块；将最低级存储块中使用状态为空闲的存储块对应的空闲存储单元确定为要查找的空闲存储单元。

Description

一种空闲存储单元的查找方法及装置

技术领域

本发明涉及数据存储技术领域，特别是涉及一种空闲存储单元的查找方法及装置。

背景技术

在计算机领域中，几乎所有的文件系统都使用BITMAP算法来管理存储资源。所谓的BITMAP（位图）算法就是用一个BIT（比特）位来标记某个存储单元对应的Value，而Key即是该BIT的位置，由于采用了BIT为单位来存储数据，因此可以大大节省存储空间。其中，BITMAP算法的性能对计算机系统的应用性能有直接的影响。

现有技术中，采用线性BITMAP算法来管理存储资源，其中，表示某个存储单元的所有BIT都不区分等级，全部都是平等的。例如：用线性BITMAP表示1百万个存储单元的使用状态，就用1百万个BIT表示，当BIT值为0，表示该存储单元没有被使用，当BIT值为1表示该存储单元被使用了。如图1所示，表示前面的8个存储单元的使用情况，8个存储单元均未使用，当第5个、第8个存储单元被使用时，将第5个、第8个存储单元对应的BIT置为1。

根据上述线性BITMAP算法，由于存储单元中哪个被使用，哪个没有被使用是无法预先知道的，在查找空闲存储单元时，每次都需要从第一个BIT开始查找，或者每次从后面往前面逐一查找，直至找到BIT为0的存储单元。该查找方法在存储单元的数量很大时，会严重影响计算机系统的性能，而且容易出现性能急剧降低的情况。

发明内容

本发明实施例中提供了一种空闲存储单元的查找方法及装置，能够减小对计算机系统性能的影响。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

第一方面，提供一种空闲存储单元的查找方法，存储资源包括多个存储单元，所述多个存储单元的使用状态通过多级存储块的使用状态来表征，其中，上一级中的每一存储块的使用状态表征相邻下一级中的预定数量的存储块的使用状态，最低级的每个存储块的使用状态表征所述预定数量的存储单元的使用状态；当所述下一级中的存储块中存在使用状态为空闲的存储块时，所述使用状态为空闲的存储块的上一级存储块也为使用状态为空闲的存储块，所述方法包括：

接收对空闲存储单元的查找指令，所述空闲存储单元为使用状态为空闲的存储单元；

根据所述查找指令从所述多级存储块的最高级存储块向所述最低级存储块逐级查找使用状态为空闲的存储块；

将所述最低级存储块中使用状态为空闲的存储块对应的空闲存储单元确定为要查找的空闲存储单元。

结合上述第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述预定数量与处理器处理的数据位宽数相同。

结合上述第一方面，和/或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，每个BIT位表示每一级中的一个存储块。

结合上述第一方面，和/或第一种可能的实现方式，和/或第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述接收对空闲存储单元的查找指令，具体为：

接收查找空闲存储单元的位扫描指令。

第二方面，提供一种空闲存储单元的查找装置，存储资源包括多个存储单元，所述多个存储单元的使用状态通过多级存储块的使用状态来表征，其中，上一级中的每一存储块的使用状态表征相邻下一级中的预定数量的存储块的使用状态，最低级的每个存储块的使用状态表征所述预定数量的存储单元的使用状态；当所述下一级中的存储块中存在使用状态为空闲的存储块时，所述使用状态为空闲的存储块的上一级存储块也为使用状态为空闲的存储块，所述装置包括：

指令接收单元，用于接收对空闲存储单元的查找指令，所述空闲存储单元为使用状态为空闲的存储单元；

查找单元，用于根据所述查找指令从所述多级存储块的最高级存储块向所述最低级存储块逐级查找使用状态为空闲的存储块；

确定单元，用于将所述最低级存储块中使用状态为空闲的存储块对应的空闲存储单元确定为要查找的空闲存储单元。

结合上述第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述预定数量与处理器处理的数据位宽数相同。

结合上述第二方面，和/或第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，每个BIT位表示每一级中的一个存储块。

结合上述第二方面，和/或第一种可能的实现方式，和/或第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述接收对空闲存储单元的查找指令，具体为：

接收查找空闲存储单元的位扫描指令。

第三方面，提供一种电子设备，包括存储器和处理器，

所述存储器的存储资源包括多个存储单元，所述多个存储单元的使用状态通过多级存储块的使用状态来表征，其中，上一级中的每一存储块的使用状态表征相邻下一级中的预定数量的存储块的使用状态，最低级的每个存储块的使用状态表征所述预定数量的存储单元的使用状态；当所述下一级中的存储块中存在使用状态为空闲的存储块时，所述使用状态为空闲的存储块的上一级存储块也为使用状态为空闲的存储块；

所述处理器，用于接收对空闲存储单元的查找指令，所述空闲存储单元为使用状态为空闲的存储单元；根据所述查找指令从所述多级存储块的最高级存储块向所述最低级存储块逐级查找使用状态为空闲的存储块；将所述最低级存储块中使用状态为空闲的存储块对应的空闲存储单元确定为要查找的空闲存储单元。

结合上述第三方面，在第一种可能的实现方式中，所述预定数量与所述处理器处理的数据位宽数相同。

本发明实施例通过多级存储块对存储单元进行管理，在查找空闲存储单元时无需对存储单元进行逐一查找，而只需进行逐级查找存储块即可快速查找到空闲存储单元，该方法提高了对空闲存储单元的查找效率，减小了对计算机性能的影响，而且，在每次查找时无论当前存储资源的使用情况如何，只需针对存储块的分级级别进行查找即可，避免了出现性能急剧降低的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种空闲存储单元的查找方法流程图；

图2为图1所示实施例中多级存储块的结构示意图；

图3为本发明实施例另一种空闲存储单元的查找方法流程图；

图4为图3所示实施例中多级存储块的结构示意图；

图5为本发明实施例一种空闲存储单元的查找装置的结构示意图；

图6为本发明实施例一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

参见图1，为本发明实施例一种空闲存储单元的查找方法流程图。

存储资源包括多个存储单元，为了便于存储资源的管理，查找和分配，本发明实施例中，通过多级存储块的使用状态来表征多个存储单元的使用状态，如图2所示，多级存储块中，上一级中的每一存储块包含下一级中的预定数量N的存储块，上一级中的每一存储块的使用状态表征相邻下一级中的预定数量N的存储块的使用状态，最低级的每个存储块的使用状态表征预定数量N的存储单元的使用状态。该预定数量可以与处理器处理的数据位宽数相同，例如若CPU为64位的，则该预定数量可以为64，若CPU为32位的，则该预定数量可以为32等。其中，存储单元为实体存储元素，各存储块为便于资源管理的虚拟存储元素。

针对每一存储块，当其下一级中包含的存储块中存在空闲存储块时，该空闲存储块即使用状态为空闲的存储块，该存储块也为空闲存储块；当其下一级中预定数量N的存储块的使用状态为均被使用时，该存储块也处于被使用状态。例如图2中所示，若第一级中的存储块2、3、4为空闲存储块，也即这些存储块的使用状态为未被使用时，包含该存储块2、3、4的第二级中的存储块1也为空闲存储块；若第一级中的存储块1~N均被使用，则包含该存储块1~N的第二级中的存储块1的状态也为被使用状态。

基于上述存储资源的架构，本实施例中，该空闲存储单元的查找方法可以包括：

步骤101，接收对空闲存储单元的查找指令。

本实施例中，该执行主体可以是处理器，或独立与处理器之外的另一装置。该查找指令具体可以是通过硬件提供的位扫描指令，例如X86的CPU提供的BSF（BIT scanforward，位扫描）指令。其中，空闲存储单元也即使用状态为空闲的存储单元。

步骤102，根据查找指令从多级存储块的最高级存储块向最低级存储块逐级查找使用状态为空闲的存储块。

在接收到查找指令后，根据该指令触发从多级存储块的最高级的存储块逐级向下一级扫描，查找空闲的存储块。

具体的，由于多级存储块的结构中只有当下一级中预定数量N的存储块均被使用时，上一级中包含该N个存储块的存储块才被设置为被使用状态，所以，若最高级的存储块均被使用，则说明当前没有空闲的存储块，也即最低级的存储块中对应的所有存储单元均被使用，此时查找结束。

若最高级中的各存储块中有空闲存储块，例如图2中的最高级第Y级中存储块2为空闲存储块，也即为空闲状态，则继续查找下一级即第Y-1级的存储块，具体的，可以直接查找第Y级的存储块2包含的第Y-1级中的存储块，假设第Y-1级中的存储块3、4为空闲存储块，则继续查找存储块3包含的下一级即第Y-2级中的空闲存储块，以及存储块4包含的第Y-2级中的空闲存储块，直至最低级即第一级中的存储块。假设查找到的最低级中的空闲存储块为存储块X至存储块X+M，其中，X，M均为大于0的整数。

步骤103，将最低级存储块中使用状态为空闲的存储块对应的空闲存储单元确定为要查找的空闲存储单元。

最后，将最低级中的存储块X至存储块X+M中对应的空闲存储单元确定为要查找的空闲存储单元。

之后，可以根据所需要的存储空间对查找到的空闲存储单元进行分配。若空闲存储单元被占用后，连续预定数量N的存储单元被使用，则最低级中表征该连续N个存储单元的使用状态的存储块即被占用，该存储块的使用状态由空闲更改为被使用，若该第一级中的存储块中也出现了连续预定数量N的存储块被使用，则其上一级中包含该连续N个存储块的存储块也被占用，其状态也要由空闲更改为被使用，以此类推。

本发明实施例通过多级存储块对存储单元进行管理，在查找空闲存储单元时无需对存储单元进行逐一查找，而只需进行逐级查找存储块即可快速查找到空闲存储单元，该方法提高了对空闲存储单元的查找效率，减小了对计算机性能的影响，而且，在每次查找时无论当前存储资源的使用情况如何，只需针对存储块的分级级别进行查找即可，避免了出现性能急剧降低的情况。

参见图3，为本发明实施例另一种空闲存储单元的查找方法流程图。

本实施例中多级存储块为4级存储块，如图4所示，用BIT位表示各存储块，每个BIT位表示一个存储块，若BIT位置1，则说明其代表的存储块的使用状为被使用，若BIT位置0，则说明其代表的存储块的使用状态为空闲状态，上一级中的每一存储块包含下一级中的连续的64个存储块，最低级的每个存储块对应连续的64个存储单元。本实施例以64位的X86的CPU为例进行说明，其中，预定数量即为64。

基于上述存储资源的架构，本实施例中，该空闲存储单元的查找方法可以包括：

步骤301，接收X86的CPU提供的BSF指令。

步骤302，根据该BSF指令从最高级的存储块逐级向低一级的存储块查找为0的BIT，直至最低级的存储块。

由于BIT为0表明该BIT代表的存储块为空闲存储块，因此只要逐级扫描BIT为0的存储块即可。本实施例中，从第四级的存储块依次向第三级、第二级、第一级的存储块查找为0的BIT。

步骤303，将最低级存储块中BIT为0的存储块对应的BIT为0的存储单元确定为要查找的空闲存储单元。

当BIT为0的存储单元被占用时，该存储单元的BIT置为1，若连续64个存储单元的BIT均为1，则将上一级中对应该64个存储单元的存储块的BIT位也置为1，依次类推。

本发明实施例通过多级存储块对存储单元进行管理，在查找空闲存储单元时无需对存储单元进行逐一查找，而只需进行逐级查找存储块即可快速查找到空闲存储单元，该方法提高了对空闲存储单元的查找效率，减小了对计算机性能的影响，而且，在每次查找时无论当前存储资源的使用情况如何，只需针对存储块的分级级别进行查找即可，避免了出现性能急剧降低的情况。

以上各实施例中，每个存储单元所用来存储的数据块的数据量可以根据需要设定，例如可以是4K字节的数据块、8K字节的数据块、32K字节的数据块等。该存储单元也可以是抽象的存储元素，每个存储元素根据具体场景需要可以有不同的具体含义。

本发明实施例可以用于在文件系统、SAN存储设备，使用该BITMAP算法来管理存储资源可以提升计算机系统性能，降低复杂度。

以上是对本发明方法实施例的描述，下面对实现上述方法的装置进行介绍。

参见图5，为本发明实施例一种空闲存储单元的查找装置的结构示意图。

其中，存储资源包括多个存储单元，所述多个存储单元的使用状态通过多级存储块的使用状态来表征，其中，上一级中的每一存储块的使用状态表征相邻下一级中的预定数量的存储块的使用状态，最低级的每个存储块的使用状态表征所述预定数量的存储单元的使用状态；当所述下一级中的存储块中存在使用状态为空闲的存储块时，所述使用状态为空闲的存储块的上一级存储块也为使用状态为空闲的存储块。其中，预定数量可以与处理器处理的数据位宽数相同。可以采用每个BIT位表示每一级中的一个存储块，若BIT位置0，则表明其代表的存储块空闲，即为被使用，若BIT位置1则表明其代表的存储块被使用。

该装置可以包括：

指令接收单元501，用于接收对空闲存储单元的查找指令，所述空闲存储单元为使用状态为空闲的存储单元。该指令接收单元501具体可以用于接收查找空闲存储单元的位扫描指令。

查找单元502，用于根据所述指令接收单元501接收到的查找指令，从所述多级存储块的最高级存储块向所述最低级存储块逐级查找使用状态为空闲的存储块。

确定单元503，用于将所述最低级存储块中使用状态为空闲的存储块对应的空闲存储单元确定为要查找的空闲存储单元。

本发明实施例通过多级存储块对存储单元进行管理，并通过该装置的上述单元在查找空闲存储单元时无需对存储单元进行逐一查找，而只需进行逐级查找存储块即可快速查找到空闲存储单元，该方法提高了对空闲存储单元的查找效率，减小了对计算机性能的影响，而且，在每次查找时无论当前存储资源的使用情况如何，只需针对存储块的分级级别进行查找即可，避免了出现性能急剧降低的情况。

参见图6，为本发明实施例一种电子设备的结构示意图。

该电子设备，例如计算机，可以包括存储器601和处理器602。

存储器601中的存储资源包括多个存储单元，所述多个存储单元的使用状态通过多级存储块的使用状态来表征，其中，上一级中的每一存储块的使用状态表征相邻下一级中的预定数量的存储块的使用状态，最低级的每个存储块的使用状态表征所述预定数量的存储单元的使用状态；当所述下一级中的存储块中存在使用状态为空闲的存储块时，所述使用状态为空闲的存储块的上一级存储块也为使用状态为空闲的存储块。其中，预定数量可以与所述处理器602处理的数据位宽数相同。

处理器602，用于接收对空闲存储单元的查找指令，所述空闲存储单元为使用状态为空闲的存储单元；根据所述查找指令从所述多级存储块的最高级存储块向所述最低级存储块逐级查找使用状态为空闲的存储块；将所述最低级存储块中使用状态为空闲的存储块对应的空闲存储单元确定为要查找的空闲存储单元。

该电子设备提高了对空闲存储单元的查找效率，减小了对计算机性能的影响，而且，在每次查找时无论当前存储资源的使用情况如何，只需针对多级存储块的分级级别进行查找即可，避免了出现性能急剧降低的情况。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（processor）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种空闲存储单元的查找方法，其特征在于，存储资源包括多个存储单元，所述多个存储单元的使用状态通过多级存储块的使用状态来表征，其中，上一级中的每一存储块的使用状态表征相邻下一级中的预定数量的存储块的使用状态，最低级的每个存储块的使用状态表征所述预定数量的存储单元的使用状态；当所述下一级中的存储块中存在使用状态为空闲的存储块时，所述使用状态为空闲的存储块的上一级存储块也为使用状态为空闲的存储块，所述方法包括：

接收对空闲存储单元的查找指令，所述空闲存储单元为使用状态为空闲的存储单元；

根据所述查找指令从所述多级存储块的最高级存储块向所述最低级存储块逐级查找使用状态为空闲的存储块；

将所述最低级存储块中使用状态为空闲的存储块对应的空闲存储单元确定为要查找的空闲存储单元。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定数量与处理器处理的数据位宽数相同。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个比特表示每一级中的一个存储块。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述接收对空闲存储单元的查找指令，具体为：

接收查找空闲存储单元的位扫描指令。

5.一种空闲存储单元的查找装置，其特征在于，存储资源包括多个存储单元，所述多个存储单元的使用状态通过多级存储块的使用状态来表征，其中，上一级中的每一存储块的使用状态表征相邻下一级中的预定数量的存储块的使用状态，最低级的每个存储块的使用状态表征所述预定数量的存储单元的使用状态；当所述下一级中的存储块中存在使用状态为空闲的存储块时，所述使用状态为空闲的存储块的上一级存储块也为使用状态为空闲的存储块，所述装置包括：

指令接收单元，用于接收对空闲存储单元的查找指令，所述空闲存储单元为使用状态为空闲的存储单元；

查找单元，用于根据所述查找指令从所述多级存储块的最高级存储块向所述最低级存储块逐级查找使用状态为空闲的存储块；

确定单元，用于将所述最低级存储块中使用状态为空闲的存储块对应的空闲存储单元确定为要查找的空闲存储单元。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预定数量与处理器处理的数据位宽数相同。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，每个比特表示每一级中的一个存储块。

8.根据权利要求5至7中任意一项所述的装置，其特征在于，

所述指令接收单元，具体用于接收查找空闲存储单元的位扫描指令。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，

所述存储器中的存储资源包括多个存储单元，所述多个存储单元的使用状态通过多级存储块的使用状态来表征，其中，上一级中的每一存储块的使用状态表征相邻下一级中的预定数量的存储块的使用状态，最低级的每个存储块的使用状态表征所述预定数量的存储单元的使用状态；当所述下一级中的存储块中存在使用状态为空闲的存储块时，所述使用状态为空闲的存储块的上一级存储块也为使用状态为空闲的存储块；

所述处理器，用于接收对空闲存储单元的查找指令，所述空闲存储单元为使用状态为空闲的存储单元；根据所述查找指令从所述多级存储块的最高级存储块向所述最低级存储块逐级查找使用状态为空闲的存储块；将所述最低级存储块中使用状态为空闲的存储块对应的空闲存储单元确定为要查找的空闲存储单元。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述预定数量与所述处理器处理的数据位宽数相同。

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