CN105117169A - 一种优化的磁盘空间管理的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化的磁盘空间管理的方法及装置，该方法包括：计算磁盘中各个空的数据块的使用频度；按照使用频度从小到大的顺序对各个空的数据块进行排列；当IO数据传入时，从各个空的数据块中选取使用频度最小的空的第一数据块并写入IO数据；当第一数据块中存储的IO数据写出时，对所述第一数据块进行回收，并将所述第一数据块的使用频度计数加一。该方法实现避免磁盘局部负载过重，提高磁盘的寿命和利用率。

Description

一种优化的磁盘空间管理的方法及装置

技术领域

本发明涉及存储管理技术领域，特别是涉及一种优化的磁盘空间管理的方法及装置。

背景技术

目前，在存储领域，磁盘是必不可少的组成部分，在进行存储开发时，如何实现对磁盘空间的管理是其中非常重要的一个研究领域，通常在进行磁盘管理时，是通过分块管理的方式实现的，即将一个完整的磁盘根据存储的数据的类型，按照合适的长度将其分成若干个块，而后以块为单位进行磁盘的使用。当有IO(InputOutput，输入输出)数据传入时，系统为容纳新数据需要为数据分配一个新的块，并将该块映射到内存中，IO数据会写到内存中，而一旦执行了数据落盘的操作，则内存中的数据则会写到对应的磁盘块中。

由于磁盘在寻找空的块时，一般会从采用顺序寻找的方式，那么当数据频繁读写或更新时，有可能造成磁盘中部分区域的块被频繁地回收或写入数据，使得磁盘部分区域的使用频率显著地超过其他区域，因为磁盘可反复读写的次数存在一个极限，因而容易造成因磁盘局部达到读写极限发生永久损坏后，造成整个磁盘的报废。

所以在进行磁盘管理时，如果管理机制不完善，可能就会存在对磁盘空间的使用极不均衡的情况，具体表现为对磁盘空间的部分区域可能会频繁的刷写数据，而其他部分则极少使用，这就造成磁盘局部负载过重，从而容易造成该部分区域发生故障的几率大增，并最终影响磁盘寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种优化的磁盘空间管理的方法及装置，以实现避免磁盘局部负载过重，提高磁盘的寿命和利用率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种优化的磁盘空间管理的方法，包括：

计算磁盘中各个空的数据块的使用频度；

按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列；

当IO数据传入时，从所述各个空的数据块中选取使用频度最小的空的第一数据块并写入所述IO数据；

当所述第一数据块中存储的所述IO数据写出时，对所述第一数据块进行回收，并将所述第一数据块的使用频度计数加一。

优选的，所述按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列，包括：

采用B+树算法，按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列。

优选的，采用B+树算法，按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列，包括：

建立一个B+树；其中，所述B+数为空块树；所述空块树上每个树元素用来保存当前空的数据块，所述空块树上的每个树元素的标记包括保存的空的数据块的块号和使用频度；

利用B+算法对所述B+树进行改变，将B+树变换为使用频度由小到大分布的空块树；其中，所述B+树中的最左侧的树元素为使用频度最小的空的数据块。

优选的，所述从所述各个空的数据块中选取使用频度最小的空的数据块并写入所述IO数据之后，还包括：

当所述IO数据进行更改时，从所述硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将所述第一块中的IO数据转入内存中进行修改，并将修改后的IO数据转至所述第二数据块。

优选的，所述当所述IO数据进行更改时，从所述硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将所述第一块中的IO数据转入内存中进行修改，并将修改后的IO数据转至所述第二数据块，包括：

当所述IO数据进行更改时，从所述硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将所述第二数据块映射到内存中，形成所述第二模块的映射镜像；

将所述第一数据块中的所述IO数据复制到所述第二数据块的映射镜像中，在所述第二数据块的映射镜像中形成IO数据复本；

将所述第二数据块的映射镜像中的IO数据复本进行修改，将改后的IO数据复本写入至所述第二数据块中；

删除所述第一数据块中的所述IO数据，回收所述第一数据块，将所述第一数据块的使用频度计数加一。

本发明还提供一种优化的磁盘空间管理的装置，该装置包括：

计算模块，用于计算磁盘中各个空的数据块的使用频度；

排列模块，用于按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列；

写入模块，用于当IO数据传入时，从所述各个空的数据块中选取使用频度最小的空的第一数据块并写入所述IO数据；

计数模块，用于当所述第一数据块中存储的所述IO数据写出时，对所述第一数据块进行回收，并将所述第一数据块的使用频度计数加一。

优选的，所述排列模块包括B+树排列模块，用于采用B+树算法，按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列。

优选的，所述B+树排列模块包括：

建立单元，用于建立一个B+树；其中，所述B+数为空块树；所述空块树上每个树元素用来保存当前空的数据块，所述空块树上的每个树元素的标记包括保存的空的数据块的块号和使用频度；

变换单元，用于利用B+算法对该B+树进行改变，将B+树变换为使用频度由小到大分布的空块树；其中，所述B+树中的最左侧的树元素为使用频度最小的空的数据块。

优选的，所述装置还包括：

数据更改模块，用于当所述IO数据进行更改时，从所述硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将所述第一块中的IO数据转入内存中进行修改，并将修改后的IO数据转至所述第二数据块。

优选的，所述数据更改模块包括：

选取单元，用于当所述IO数据进行更改时，从所述硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将所述第二数据块映射到内存中，形成所述第二模块的映射镜像；

复制单元，用于将所述第一数据块中的所述IO数据复制到所述第二数据块的映射镜像中，在所述第二数据块的映射镜像中形成IO数据复本；

修改单元，用于将所述第二数据块的映射镜像中的IO数据复本进行修改，将改后的IO数据复本写入至所述第二数据块中；

回收模块，用于删除所述第一数据块中的所述IO数据，回收所述第一数据块，将所述第一数据块的使用频度计数加一。

本发明所提供的一种优化的磁盘空间管理的方法及装置，计算磁盘中各个空的数据块的使用频度；按照使用频度从小到大的顺序对各个空的数据块进行排列；当IO数据传入时，从各个空的数据块中选取使用频度最小的空的第一数据块并写入IO数据；当第一数据块中存储的IO数据写出时，对所述第一数据块进行回收，并将所述第一数据块的使用频度计数加一。可见，通过统计磁盘中各个空的数据块的使用频度，使得在分配新的数据块时，使用频度较低的空的数据块能够被优先分配使用，从而在整体上保证各个数据块都能比较均衡的被使用，进而从整体上提高磁盘的寿命和利用率。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种优化的磁盘空间管理的方法的流程示意图；

图2为本发明中分配空数据块过程示意图；

图3为本发明中回收空数据块过程示意图；

图4为本发明所提供的一种优化的磁盘空间管理的装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种优化的磁盘空间管理的方法及装置，以实现避免磁盘局部负载过重，提高磁盘的寿命和利用率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种优化的磁盘空间管理的方法的流程示意图，该方法包括：

S11：计算磁盘中各个空的数据块的使用频度；

S12：按照使用频度从小到大的顺序对各个空的数据块进行排列；

其中，采用B+树算法，按照使用频度从小到大的顺序对各个空的数据块进行排列。

具体的，建立一个B+树；其中，B+数为空块树；空块树上每个树元素用来保存当前空的数据块，空块树上的每个树元素的标记包括保存的空的数据块的块号和使用频度；

利用B+算法对该B+树进行改变，将B+树变换为使用频度由小到大分布的空块树；其中，B+树中的最左侧的树元素为使用频度最小的空的数据块。

S13：当IO数据传入时，从各个空的数据块中选取使用频度最小的空的第一数据块并写入IO数据；

其中，可选的，当IO数据进行更改时，从硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将第一块中的IO数据转入内存中进行修改，并将修改后的IO数据转至第二数据块。

具体的，当IO数据进行更改时，从硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将第二数据块映射到内存中，形成第二模块的映射镜像；将所述第一数据块中的IO数据复制到第二数据块的映射镜像中，在第二数据块的映射镜像中形成IO数据复本；将第二数据块的映射镜像中的IO数据复本进行修改，将改后的IO数据复本写入至第二数据块中；删除第一数据块中的所述IO数据，回收第一数据块，将第一数据块的使用频度计数加一。

S14：当第一数据块中存储的IO数据写出时，对第一数据块进行回收，并将第一数据块的使用频度计数加一。

综上，在原来的磁盘管理机制的基础上，有针对性的去计算各个块的使用频度，当有新的IO数据传入，需要分配一个新的块时，不是简单地去找到一个空的块，而是从可用的空的块中优先寻找使用频度比较低的块，最终使得所有块的使用率都接近相等。

例如，构建两个b+树，分别是空块树和引用树。其中空块树用来保存当前可以使用的空块，b+树对应的key-value对，分别用来存储块的使用频度和块号，由于b+树不仅具有插入及查找速度快的优点，并且其中的数据也是以key值由小到大的数据存储的，因此每次需要分配一个新的块时，就可以从中取出第一个key值对应的块，并将该块从树中移除；引用树用来记录所有块的使用次数，对应的key-value值分别为块号和使用次数。而使用频度就对应该块的使用次数。

由于数据的修改都是发生在内存中，因此当有一个块映射到内存中的数据发生修改并需要进行写盘操作时，不会直接在原来的块中进行数据刷写，而是将数据先复制到一个新的块映射的内存中后将数据刷写到新的块中，并将原来的块回收，即根据该块的使用频度重新插入到空块树中，以便下次使用。

如图2所示，图2为本发明中分配空数据块过程示意图，这是一个简单地空块树模型，其中各节点的数字表示使用频度，即空块树中只关心使用频度，而不在意是哪个块，表明在这个树中节点的排布只跟可使用的空块的使用频度有关，而与具体的某个块没有直接关系。

在分配一个新块时，由于空块树中块是根据使用频度由低到高分布的，因此，总会从树中获取最左侧的一个块。频度为2的新块进行排序后，排序完成后，该新块被使用后再进行排序的时候，即图中箭头之后的排序时，则频度加一，变成频度为3的数据块来进行排序。

如图3所示，图3为本发明中回收空数据块过程示意图；

当一个块不再被使用时，系统会对该块进行回收，回收时，会先从引用树中获得该块的使用频度，而后根据使用频度将该块插入到空块树中，已被下次分配新块时使用。图中显示的是频度为13的回收块回收重新进行排序的过程，排序过后该回收块排在频度为10的数据块的后面。

需要说明的是，上述举例所说的块代表数据块，空块代表空的数据块。

综上，本发明所提供的一种优化的磁盘空间管理的方法，计算磁盘中各个空的数据块的使用频度；按照使用频度从小到大的顺序对各个空的数据块进行排列；当IO数据传入时，从各个空的数据块中选取使用频度最小的空的第一数据块并写入IO数据；当第一数据块中存储的IO数据写出时，对所述第一数据块进行回收，并将所述第一数据块的使用频度计数加一。可见，该方法通过统计磁盘中各个空的数据块的使用频度，使得在分配新的数据块时，使用频度较低的空的数据块能够被优先分配使用，从而在整体上保证各个数据块都能比较均衡的被使用，进而从整体上提高磁盘的寿命和利用率。

请参考图4，图4为本发明所提供的一种优化的磁盘空间管理的装置的结构示意图，该装置包括：

计算模块101，用于计算磁盘中各个空的数据块的使用频度；

排列模块102，用于按照使用频度从小到大的顺序对各个空的数据块进行排列；

写入模块103，用于当IO数据传入时，从各个空的数据块中选取使用频度最小的空的第一数据块并写入IO数据；

计数模块104，用于当第一数据块中存储的IO数据写出时，对第一数据块进行回收，并将第一数据块的使用频度计数加一。

其中，所述排列模块包括B+树排列模块，用于采用B+树算法，按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列。

具体的，所述B+树排列模块包括：

建立单元，用于建立一个B+树；其中，B+数为空块树；空块树上每个树元素用来保存当前空的数据块，空块树上的每个树元素的标记包括保存的空的数据块的块号和使用频度；

变换单元，用于利用B+算法对B+树进行改变，将B+树变换为使用频度由小到大分布的空块树；其中，B+树中的最左侧的树元素为使用频度最小的空的数据块。频度为13的回收块回收时，进行排序，最后该回收块排在频度为10的数据块的后面。

可选的，所述装置还包括：

数据更改模块，用于当IO数据进行更改时，从硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将第一块中的IO数据转入内存中进行修改，并将修改后的IO数据转至第二数据块。

具体的，所述数据更改模块包括：

选取单元，用于当IO数据进行更改时，从硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将第二数据块映射到内存中，形成第二模块的映射镜像；

复制单元，用于将第一数据块中的所述IO数据复制到第二数据块的映射镜像中，在第二数据块的映射镜像中形成IO数据复本；

修改单元，用于将第二数据块的映射镜像中的IO数据复本进行修改，将改后的IO数据复本写入至第二数据块中；

回收模块，用于删除第一数据块中的所述IO数据，回收第一数据块，将第一数据块的使用频度计数加一。

本发明所提供的一种优化的磁盘空间管理的装置，计算模块计算磁盘中各个空的数据块的使用频度；排列模块按照使用频度从小到大的顺序对各个空的数据块进行排列；写入模块在IO数据传入时，从各个空的数据块中选取使用频度最小的空的第一数据块并写入IO数据；计数模块104在第一数据块中存储的IO数据写出时，对第一数据块进行回收，并将第一数据块的使用频度计数加一。可见，该装置通过统计磁盘中各个空的数据块的使用频度，使得在分配新的数据块时，使用频度较低的空的数据块能够被优先分配使用，从而在整体上保证各个数据块都能比较均衡的被使用，进而从整体上提高磁盘的寿命和利用率。

以上对本发明所提供的一种优化的磁盘空间管理的方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种优化的磁盘空间管理的方法，其特征在于，包括：

计算磁盘中各个空的数据块的使用频度；

按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列；

当IO数据传入时，从所述各个空的数据块中选取使用频度最小的空的第一数据块并写入所述IO数据；

当所述第一数据块中存储的所述IO数据写出时，对所述第一数据块进行回收，并将所述第一数据块的使用频度计数加一。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列，包括：

采用B+树算法，按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用B+树算法，按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列，包括：

建立一个B+树；其中，所述B+数为空块树；所述空块树上每个树元素用来保存当前空的数据块，所述空块树上的每个树元素的标记包括保存的空的数据块的块号和使用频度；

利用B+算法对所述B+树进行改变，将B+树变换为使用频度由小到大分布的空块树；其中，所述B+树中的最左侧的树元素为使用频度最小的空的数据块。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述各个空的数据块中选取使用频度最小的空的数据块并写入所述IO数据之后，还包括：

当所述IO数据进行更改时，从所述硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将所述第一块中的IO数据转入内存中进行修改，并将修改后的IO数据转至所述第二数据块。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述当所述IO数据进行更改时，从所述硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将所述第一块中的IO数据转入内存中进行修改，并将修改后的IO数据转至所述第二数据块，包括：

当所述IO数据进行更改时，从所述硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将所述第二数据块映射到内存中，形成所述第二模块的映射镜像；

将所述第一数据块中的所述IO数据复制到所述第二数据块的映射镜像中，在所述第二数据块的映射镜像中形成IO数据复本；

将所述第二数据块的映射镜像中的IO数据复本进行修改，将改后的IO数据复本写入至所述第二数据块中；

删除所述第一数据块中的所述IO数据，回收所述第一数据块，将所述第一数据块的使用频度计数加一。

6.一种优化的磁盘空间管理的装置，其特征在于，包括：

计算模块，用于计算磁盘中各个空的数据块的使用频度；

排列模块，用于按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列；

写入模块，用于当IO数据传入时，从所述各个空的数据块中选取使用频度最小的空的第一数据块并写入所述IO数据；

计数模块，用于当所述第一数据块中存储的所述IO数据写出时，对所述第一数据块进行回收，并将所述第一数据块的使用频度计数加一。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述排列模块包括B+树排列模块，用于采用B+树算法，按照使用频度从小到大的顺序对所述各个空的数据块进行排列。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述B+树排列模块包括：

建立单元，用于建立一个B+树；其中，所述B+数为空块树；所述空块树上每个树元素用来保存当前空的数据块，所述空块树上的每个树元素的标记包括保存的空的数据块的块号和使用频度；

变换单元，用于利用B+算法对该B+树进行改变，将B+树变换为使用频度由小到大分布的空块树；其中，所述B+树中的最左侧的树元素为使用频度最小的空的数据块。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

数据更改模块，用于当所述IO数据进行更改时，从所述硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将所述第一块中的IO数据转入内存中进行修改，并将修改后的IO数据转至所述第二数据块。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述数据更改模块包括：

选取单元，用于当所述IO数据进行更改时，从所述硬盘中剩余的数据块中选取使用频度最小的第二数据块，将所述第二数据块映射到内存中，形成所述第二模块的映射镜像；

复制单元，用于将所述第一数据块中的所述IO数据复制到所述第二数据块的映射镜像中，在所述第二数据块的映射镜像中形成IO数据复本；

修改单元，用于将所述第二数据块的映射镜像中的IO数据复本进行修改，将改后的IO数据复本写入至所述第二数据块中；

回收模块，用于删除所述第一数据块中的所述IO数据，回收所述第一数据块，将所述第一数据块的使用频度计数加一。