CN103310008B - 一种云控制服务器及其文件索引方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种云控制服务器及其文件索引的方法，该方法包括：在内存中建立索引并初始化；当客户端写入数据块时，通过修改内存索引的映射关系和数据块的信息；当客户端请求读取数据块时，从内存索引中获取所需数据块所在的云存储服务器标识反馈给客户端。采用本发明，通过将索引加载到内存中，与数据库方式相比，减少占用空间，同时提高了文件索引修改和查询速率，从而提高云存储数据读写效率。

Description

一种云控制服务器及其文件索引方法
技术领域
本发明涉及计算机及网络信息技术领域，尤其涉及一种云控制服务器及其文件索引方法。
背景技术
随着计算机和网路的不断发展及高清视频的普及，存储多媒体所需的空间不断的增长，传统的存储架构已经很难满足需求。云存储以其海量的存储空间、高可靠性、高并发、高可扩展性及高性价比等特性逐渐展露头角。
B树是，存储排序数据并允许以O(log n)的运行时间进行查找，顺序读取，插入和删除的数据结构。B树，概括来说是一个节点可以拥有多于2个子节点的二叉查找树。与自平衡二叉查找树不同，B-树为系统最优化大块数据的读和写操作。B-树算法减少定位记录时所经历的中间过程，从而加快存取速度。普遍运用在数据库和文件系统。
散列表（Hash table，也叫哈希表），是根据关键码值(Key value)而直接进行访问的数据结构。也就是说，它通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度。这个映射函数叫做散列函数，存放记录的数组叫做散列表。散列表也是一种常用的查询算法。
B树（或其优化算法）和散列表都是公认优秀的查询算法，普遍运用在数据库和文件系统，但在极其追求空间利用率及查询效率的情况下，还是存在额外的空间开销及在特定情况下查询效率不是最好的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种云控制服务器及其文件索引方法，以节省空间并提高数据读写效率。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面,提供的一种文件索引的方法，应用于云控制服务器，包括：
在内存中建立索引并初始化；
当客户端写入数据块时，通过修改内存索引的映射关系和数据块的信息；
当客户端请求读取数据块时，从内存索引中获取所需数据块所在的云存储服务器标识反馈给客户端。
优选地，数据块的信息包括：多媒体数据块标识、文件标识、云存储服务器标识、开始时间和结束时间。
优选地，索引包括：预定长度的文件信息数组和文件信息结构体，其中：
文件信息数组，为一个预定长度的指向文件信息结构体的指针数组；
文件信息结构体，用于存储当前文件的数据块的信息。
优选地，通过修改内存索引的映射关系和数据块的信息具体包括：
写入新文件时，在内存索引的文件信息数组中寻找空闲的位置，将文件信息数组的下标作为文件ID返回给客户端；写入数据块时，以数据块的文件ID作为文件信息数组的下标查找指针指向的文件信息结构体，将数据块的信息更新到对应的文件信息结构体的数据块列表中。
优选地，通过修改内存索引的映射关系和数据块的信息具体包括：
写入数据块时，根据预定的散列函数将数据块的文件标识key映射到文件信息数组下标,查找指针指向的文件信息结构体，将数据块的信息更新到对应的文件信息结构体的数据块列表中。
优选地，从内存索引中获取所需数据块所在的云存储服务器标识具体包括：在内存索引中查找所需数据块的文件标识对应的文件信息数组指向的文件信息结构体；在文件信息结构体中根据开始时间查找在数据块在数据块列表中的对应的位置；将数据块列表中对应位置指向的云服务器反馈给客户端。
根据本发明的另一个方面，提供的一种云控制服务器包括：
索引初始化模块，用于在内存中建立索引并初始化；
索引维护模块，用于当客户端写入数据块时，通过修改内存索引的映射关系和数据块的信息；
索引查询模块，用于当客户端请求读取数据块时，从内存索引中获取所需数据块所在的云存储服务器标识反馈给客户端。
优选地，数据块的信息包括：多媒体数据块标识、文件标识、云存储服务器标识、开始时间和结束时间。
优选地，索引包括：预定长度的文件信息数组和文件信息结构体，其中：
文件信息数组，为一个预定长度的指向文件信息结构体的指针数组；
文件信息结构体，用于存储当前文件的数据块的信息。
优选地，索引维护模块具体用于：当写入新文件时，在内存索引的文件信息数组中寻找空闲的位置，将其下标作为文件ID返回给客户端；当写入数据块时，根据文件ID在文件信息数组中查找对应的文件信息结构体，将写入数据块的信息更新到对应的文件信息结构体的数据块列表中。
优选地，信息查询模块具体用于：在内存索引中查找所需数据块的文件标识对应的文件信息数组指向的文件信息结构体；在文件信息结构体中根据开始时间查找在数据块在数据块列表中的对应的位置；将数据块列表中对应位置指向的云服务器反馈给客户端。
本发明提供的云控制服务器及其文件索引方法，通过将索引加载到内存中，与数据库方式相比，减少占用空间，同时提高了文件索引修改和查询速率，从而提高云存储数据读写效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种文件索引的方法流程图；
图2为本发明优选实施例提供的一种文件索引示意图；
图3为本发明优选实施例提供的另一种文件索引示意图；
图4为本发明优选实施例提供的一种写入新文件的方法流程图；
图5为本发明实施例提供的一种写入数据块的方法流程图；
图6为本发明实施例提供的一种获取数据块的方法流程图；
图7为本发明优选实施例提供的一种云控制服务器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示是本发明实施例提供的一种文件索引的方法流程图，该方法应用于云控制服务器，包括：
S101、在内存中建立索引并初始化。
具体来说，索引包括：预定长度的文件信息数组和文件信息结构体，其中：
文件信息数组，为一个预定长度的指向文件信息结构体的指针数组；
文件信息结构体，用于存储当前文件的数据块的信息，还可以存储数据块时间长度、当前文件的数据块最大数量。
S102、当客户端写入数据块时，通过修改内存索引的映射关系及数据块的信息；
为了减少计算量提高效率，作为一种最优方式，写入新文件时，在内存索引的文件信息数组中寻找空闲的位置，将文件信息数组的下标作为文件ID返回给客户端；写入数据块时，以数据块的文件ID作为文件信息数组的下标查找指针指向的文件信息结构体，将数据块的信息更新到对应的文件信息结构体的数据块列表中（请参阅图2）。
当然，文件标识也可以不是文件ID而是字符串，此时文件标识唯一性由客户端保证。写入数据块时，根据预定的散列函数将数据块的文件标识key映射到文件信息数组下标,查找指针指向的文件信息结构体，将数据块的信息更新到对应的文件信息结构体的数据块列表中。其中，散列函数可以有多种选择，例如MD4、MD5、SHA-1等，但要求写入数据块和读取数据块时使用相同的预定的散列函数（请参阅图3）。
S103、当客户端请求读取数据块时，从所述内存索引中获取所需数据块所在的云存储服务器标识反馈给客户端。
具体来说，在内存索引中查找所需数据块的文件标识对应的文件信息数组指向的文件信息结构体；在文件信息结构体中根据开始时间查找在数据块在数据块列表中的对应的位置；将数据块列表中对应位置指向的云服务器反馈给客户端。
如图2所示为本发明实施例提供的一种云控制服务器的文件索引示意图，图中：
文件信息数组201,为一个预定长度（n）的指向文件信息结构体202的指针数组，初始值为全空。
文件信息结构体202，包括数据块时间长度、当前文件的数据块最大数量及数据块列表203。该数据块时间长度为该文件内数据块划分的时间长度t；数据块最大数量这里表示不小于x的最小整数，上取整函数（例如)。
数据块列表203，为一个长度为数据块最大数量block_nummax的指针数据，指向保存对应数据块的云存储服务器的信息的指针，初始值为全空。
云存储服务器信息包括但不限于：云存储服务器IP、端口、硬盘使用情况、网络使用情况、CPU利用率等。
如图3所示为本发明实施例提供的另一种云控制服务器的文件索引示意图，图中：
文件信息散列表301，为一个长度为n的数组（设其为A）存放指向文件信息结构体302的指针。文件标识key通过散列函数f(x)映射到区间[0,n-1]上，这里文件标识key为字符串，唯一性由客户端保证，散列函数可以有多种选择，例如MD4、MD5、SHA-1等。数组A的元素Ai为指向第一个满足i＝f(key)的文件信息。
文件信息结构体302，包括文件标识指针、下一个文件信息指针、数据块时间长度、数据块最大数量及数据块列表303。文件标识指针为指向文件标识key的字符串指针；下一个文件信息指针指向文件标识为key2的文件信息，这里f(key2)＝f(key)；数据块时间长度为该文件内数据块划分的时间长度t；数据块最大数量这里表示不小于x的最小整数。
数据块列表303为一个长度为block_nummax的指针数据，指向保存对应数据块的云存储服务器的信息的指针，初始值为全空。
云存储服务器信息包括但不限于：云存储服务器IP、端口、硬盘使用情况、网络使用情况、CPU利用率等。
如图4所示为本发明优选实施例提供的一种写入新文件的方法流程图，该方法包括：
S401、云控制服务器接收到客户新文件写入请求，在内存索引的文件信息数组中寻找空闲的位置，将其下标作为文件标识ID返回给客户端。
S402、客户端用该将多媒体数据按采样时间分割成能独立播放的多媒体数据块存储到不同的云存储服务器中，同时将多媒体数据块的信息发送给云控制服务器；
具体来说，多媒体数据块的信息中包括上述文件信息数组下标命名的文件ID，还包括数据块标识、文件标识、云存储服务器标识、开始时间和结束时间。
S403、云控制服务器将多媒体数据块的信息更新到内存索引中该文件标识ID对应的文件信息结构体中。
需要说明的是，本实施例是指针对图2的索引方式，针对图3的索引方式则由客户端保证文件标识的唯一性。
如图5为本发明优选实施例提供的一种写入数据块的方法流程图：
S501、收到数据块写入请求；
具体来说，云控制服务器接收到客户端数据块写入请求；其中，请求中包括文件标识和数据块开始时间T，对图2的索引来说，文件标识为文件ID,对图3的索引来说，文件标识为文件标识key。
S502、根据文件标识查找文件信息；
具体来说，针对图2的索引中，将文件ID作为文件信息数组的下标，在文件信息数组中查找指向的文件信息结构体；针对图3的索引中，使用预定的散列函数将文件标识key映射为文件信息数组的下标，在文件信息数组中查找文件标识key指向的文件信息结构体。
S503、判断是否获得文件信息；如果获得文件信息失败，则执行S504，如果获得文件信息成功，则执行S505；
其中，获取到的文件信息包括数据块时间长度t、数据块列表Ablock及数据块最大数量block_nummax；
S504、拒绝请求，返回失败，结束流程。
S505、判断数据块开始时间是否早于文件保留时间；如果数据块开始时间早于文件保留时间，则执行S504，否则执行S506；
具体来说，数据块开始时间是否早于文件保留时间可以通过以下公式来判断：（Now-T＜(block_nummax-1)×t，这里Now是当前时间，T是数据块的开始时间，这里所说的时间是从一个固定时间点（例如但不限于1970年1月1日0点整）开始的秒数，下同；
S506、根据数据块的开始时间计算数据块列表的下标；
具体来说，可以通过来计算，这里表示不大于x的最大整数（例如),mod为取余数的运算；
S507、判断当前下标的元素是否不为空；如果当前下标的元素不为空，执行S508，否则执行S509；
具体地，如果数据块列表Ablock下标为i的元素Ablock·i不为空，执行S508，否则执行S509；
S508、通知Ablock·i指向的云存储服务器删除过期的多媒体数据块；
S509、选择云存储服务器更新数组：即，选择负荷较轻的云存储服务器，Ablock·i设为指向此云存储服务器信息的指针,更新内存索引的数据块列表；
S510、返回所选择的云存储服务器信息。
如图6为本发明实施例提供的一种查询数据块的方法流程图，该方法包括以下步骤：
S601、收到客户端的数据块获取请求，请求中包含文件标识和开始时间；
具体来说，文件标识可以是文件ID（图2的索引）或者文件标识key；
S602、在内存索引中查找该文件标识指向的文件信息；
具体来说，针对图2的索引中，将文件ID作为文件信息数组的下标，在文件信息数组中查找指向的文件信息结构体；针对图3的索引中，使用预定的散列函数将文件标识key映射为文件信息数组的下标，在文件信息数组中查找文件标识key指向的文件信息结构体。
S603、在文件信息中根据开始时间查找在数据块在数据块列表中的对应的位置；
S604、将数据块列表中对应位置指向的云服务器反馈给客户端。
如图7所示是本发明实施例提供的云控制服务器的模块结构图，该云控制服务器包括：
索引初始化模块10，用于在内存中建立索引并初始化；
具体来说，索引包括：预定长度的文件信息数组和文件信息结构体，其中：
文件信息数组，为一个预定长度的指向文件信息结构体的指针数组；
文件信息结构体，用于存储当前文件的数据块的信息。
其中，数据块的信息包括：多媒体数据块标识、文件标识、云存储服务器标识、开始时间和结束时间。
索引维护模块20，用于当客户端写入数据块时，通过修改内存索引的映射关系和数据块的信息；
作为一种优选的方案，索引维护模块20具体用于：当写入新文件时，在内存索引的文件信息数组中寻找空闲的位置，将其下标作为文件ID返回给客户端；当写入数据块时，根据文件ID在文件信息数组中查找对应的文件信息结构体，将写入数据块的信息更新到对应的文件信息结构体的数据块列表中。
索引查询模块30，用于当客户端请求读取数据块时，从内存索引中获取所需数据块所在的云存储服务器标识反馈给客户端。
具体来说，信息查询模块30具体用于：在内存索引中查找所需数据块的文件标识对应的文件信息数组指向的文件信息结构体；在文件信息结构体中根据开始时间查找在数据块在数据块列表中的对应的位置；将数据块列表中对应位置指向的云服务器反馈给客户端。
本发明提供的云控制服务器及其文件索引方法，通过将索引加载到内存中，与数据库方式相比，减少占用空间，同时提高了文件索引修改和查询速率，从而提高云存储数据读写效率。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (7)

1.一种文件索引的方法，应用于云控制服务器，其特征在于，所述方法包括：
在内存中建立索引并初始化；
当客户端写入数据块时，修改所述内存索引的映射关系和数据块的信息；
当客户端请求读取数据块时，从所述内存索引中获取所需数据块所在的云存储服务器标识反馈给客户端；
所述索引包括：预定长度的文件信息数组和文件信息结构体，其中：
文件信息数组，为一个预定长度的指向文件信息结构体的指针数组；
文件信息结构体，用于存储当前文件的数据块的信息；
所述修改所述内存索引的映射关系和数据块的信息具体包括：
写入新文件时，在内存索引的文件信息数组中寻找空闲的位置，将文件信息数组的下标作为文件ID返回给客户端；写入数据块时，以数据块的文件ID作为文件信息数组的下标查找指针指向的文件信息结构体，将数据块的信息更新到对应的文件信息结构体的数据块列表中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据块的信息包括：多媒体数据块标识、文件标识、云存储服务器标识、开始时间和结束时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修改所述内存索引的映射关系和数据块的信息具体包括：
写入数据块时，根据预定的散列函数将数据块的文件标识key映射到文件信息数组下标,查找指针指向的文件信息结构体，将数据块的信息更新到对应的文件信息结构体的数据块列表中。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，从所述内存索引中获取所需数据块所在的云存储服务器标识具体包括：在内存索引中查找所需数据块的文件标识对应的文件信息数组指向的文件信息结构体；在文件信息结构体中根据开始时间查找数据块在数据块列表中的对应的位置；将数据块列表中对应位置指向的云存储服务器反馈给客户端。
5.一种云控制服务器，其特征在于，所述云控制服务器包括：
索引初始化模块，用于在内存中建立索引并初始化；
索引维护模块，用于当客户端写入数据块时，修改所述内存索引的映射关系和数据块的信息；
索引查询模块，用于当客户端请求读取数据块时，从所述内存索引中获取所需数据块所在的云存储服务器标识反馈给客户端；
所述索引包括：预定长度的文件信息数组和文件信息结构体，其中：
文件信息数组，为一个预定长度的指向文件信息结构体的指针数组；
文件信息结构体，用于存储当前文件的数据块的信息；
所述索引维护模块具体用于：当写入新文件时，在内存索引的文件信息数组中寻找空闲的位置，将其下标作为文件ID返回给客户端；当写入数据块时，根据文件ID在文件信息数组中查找对应的文件信息结构体，将写入数据块的信息更新到对应的文件信息结构体的数据块列表中。
6.根据权利要求5所述的云控制服务器，其特征在于，所述数据块的信息包括：多媒体数据块标识、文件标识、云存储服务器标识、开始时间和结束时间。
7.根据权利要求6所述的云控制服务器，其特征在于，所述索引查询模块具体用于：在内存索引中查找所需数据块的文件标识对应的文件信息数组指向的文件信息结构体；在文件信息结构体中根据开始时间查找数据块在数据块列表中的对应的位置；将数据块列表中对应位置指向的云存储服务器反馈给客户端。
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