CN105122202B - 多层卷上的文件系统操作 - Google Patents

Abstract

一种对具有多层的底层卷进行操作的文件系统，每层包括特定的特性集合。在创建或以其他方式标识正处在卷中或要被包括在卷内的文件系统命名空间（诸如，目录或文件）时，标识对应于文件系统命名空间的、要被应用的存储特性集合。然后，将存储特性集合与对于多层的特性集合进行比较，以标识文件系统命名空间要被存储到其中的层。然后，使得文件系统命名空间被存储在所标识的层内。因此，向文件系统具有多层（每层具有不同的特性集合）的卷，以在存储文件时从所述层中进行选择。

Description

多层卷上的文件系统操作

背景技术

计算系统通过执行软件程序而获取高度的功能性。计算系统使用存储分级体系以便存储这样的软件程序和其它文件。存储分级体系的最低级别可以是盘，诸如机械盘、光盘等等。存储分级体系中的更高层可以是诸如固态盘或非易失性存储器等等那样的装置。

在最需要的数据块处在存储分级体系中的高处时，计算系统最高效地操作，其中较不需要的数据块可处在存储分级体系中的较低处。对于把数据块放置在存储分级体系中的哪个地方的决定常规上在文件系统下发生。

文件系统本身典型地不可见这种存储分级体系，而是代替地，以卷的形式看待存储。卷是对文件系统可见的单个逻辑命名空间。卷可以被配置特定大小，并且常常对应于底层基础存储装置的边界。例如，盘可以是单个卷，或可被分区成多个卷。而且，卷可以由多个盘组成。文件系统然后可以在卷内构成目录，并且把文件保存到命名空间中（或在命名空间的根目录处，或在命名空间的目录中的一个目录内）。

单个卷可以具有特定特性。例如，卷可被设置成镜像的，并且因此具有一定级别的内置冗余。卷也可以被设置成加密的或压缩的。常规上，特性在每卷的基础上被设置。因此，文件系统本身将该卷内的任何存储块看作具有与在该卷内任何其他存储块相同的特性，并且移交任何从文件系统的角度概括的、关于块如何被放置到存储系统中的决定。

发明内容

本文描述的至少某些实施例涉及到在具有多层的底层卷上操作的文件系统，每层包括特定的特性集合。在创建要被放置在卷中的文件系统命名空间（诸如，目录或文件），或以其他方式标识卷中的文件系统命名空间时，标识出对应于文件系统命名空间的存储特性集合。然后，把所述存储特性集合与对于所述多层的特性集合进行比较，以标识要在其中存储文件系统命名空间的层。然后使得文件系统命名空间被存储在所标识的层内。因此，向文件系统提供具有多层（每层具有不同的特性集合）的卷，以便在存储文件时从所述多层中进行选择。

本概要不打算标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，其也不打算被用作为确定所要求保护的主题的范围的帮助。

附图说明

为了描述可以获取上述的和其它的优点和特征的方式，将参照附图展现各种实施例的更具体的描述。要理解，这些附图仅仅描述了样本实施例，并因此不应当被认为是限制本发明的范围，将通过使用附图，以附加的特殊性和细节描述和解释这些实施例，在附图中：

图1抽象地图示了其中可以采用本文描述的某些实施例的计算系统；

图2图示了其中卷系统使用卷暴露系统来将卷向上暴露给文件系统的计算环境，所述卷具有存储的多层，这些层具有不同的特性；

图3图示了类似于图2的计算环境的计算环境，除了在图2中精简配置的卷长字节（slab）现在被厚配置以及其中计算系统扩展了卷；

图4A图示了用于使文件系统操作来把文件系统命名空间放置在卷中的方法的流程图；

图4B图示了用于使得文件系统操作来移动卷内的文件系统命名空间（或其片段）的方法的流程图；以及

图5图示了用于使得层引擎基于动态改变文件系统命名空间或其片段的特性而移动文件系统命名空间（或其片段）的方法的流程图。

具体实施方式

按照本文描述的实施例，文件系统对具有多层的底层卷操作，每层包括特定的特性集合。在创建文件系统命名空间（诸如，目录或文件）或以其他方式标识已经在卷内的文件系统命名空间时，标识出对应于文件系统命名空间的、要被应用的存储特性集合。然后，把所述存储特性集合与对于卷的多层的特性集合进行比较，以标识要在其中存储文件系统命名空间的层。然后使得文件系统命名空间被存储在卷中的所标识的层内。因此，向文件系统提供具有多层（每层具有不同的特性集合）的卷，以便在存储文件时从所述多层中进行选择。

计算系统的某些介绍性讨论将参照图1描述。然后，将参照图2和3描述可以如何创建具有多层的卷（每层具有不同的特性）的原理。最后，将参照图4和5描述对卷进行操作的文件系统操作的实施例。

计算系统现在日益采取多种多样的形式。计算系统例如可以是手持设备、器具、膝上型计算机、台式计算机、大型计算机、分布式计算系统、或甚至是常规上不认为是计算系统的设备。在本描述和权利要求中，术语“计算系统”被广泛地定义为包括任何如下这样的设备或系统（或其组合），即：其包括至少一个物理和有形处理器，以及一个能够在其上具有可被该处理器执行的计算机可执行指令的物理和有形存储器。所述存储器可以采取任何形式，并且可以取决于计算系统的性质和形式。计算系统可以分布在网络环境上，并且可以包括多组成计算系统。

如图1中所图示的，在其最基础的配置中，计算系统100典型地包括至少一个处理单元102和存储器104。存储器104可以是物理系统存储器，其可以是易失性的、非易失性的或这两者的某种组合。术语“存储器”在本文中还可以用于指诸如物理存储介质之类的非易失性大容量存储。如果计算系统是分布式的，则处理、存储器和/或存储能力也可以是分布式的。如本文中使用的，术语“可执行模块”或“可执行组件”可以指软件对象、例程或可以在计算系统上执行的方法。本文中描述的不同组件、模块、引擎和服务可以被实施为在计算系统上执行的对象或过程（例如作为单独的线程）。

在下面的描述中，参照由一个或多个计算系统执行的动作来描述实施例。如果这样的动作以软件实施，则执行所述动作的相关联的计算系统的一个或多个处理器响应于已执行了计算机可执行指令而引导计算系统的操作。例如，这样的计算机可执行指令可以被体现在形成计算机程序产品的一个或多个计算机可读介质上。这样的操作的例子牵涉到数据的操控。计算机可读指令（以及所操控的数据）可被存储在计算系统100的存储器104中。计算系统100还可以包含通信信道108，其允许计算系统100例如通过网络110与其它消息处理器通信。

本文描述的实施例可包括或利用专用或通用计算机，其包括诸如例如一个或多个处理器和系统存储器之类的计算机硬件，正如下面更详细讨论的。本文描述的实施例还包括用于承载或存储计算机可执行指令和/或数据结构的物理和其他计算机可读介质。这样的计算机可读介质可以是可由通用或专用计算机系统访问的任何可用介质。存储计算机可执行指令的计算机可读介质是物理存储介质。承载计算机可执行指令的计算机可读介质是传输介质。因此，作为例子，而不是限制，本发明的实施例可包括至少两种明显不同的计算机可读介质：计算机存储介质和传输介质。

计算机存储介质包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁存储装置，或可被用来存储计算机可执行指令或数据结构形式的并且可以由通用或专用计算机访问的想要的程序代码装置的任何其它有形介质。

“网络”被定义为使得能够在计算机系统和/或模块和/或其它电子设备之间传送电子数据的一个或多个数据链路。当信息通过网络或另一通信连接（硬连线、无线、或者是硬连线与无线的组合）被传递或提供给计算机时，计算机把该连接适当地看作为传输介质。传输介质可包括可用来承载计算机可执行指令或数据结构形式的并且可以由通用或专用计算机访问的想要的程序代码装置的网络和/或数据链路。以上组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。

而且，当达到各种计算机系统组件后，计算机可执行指令或数据结构形式的程序代码装置可以从传输介质自动传递到计算机存储介质（或反之亦然）。例如，通过网络或数据链路被接收的计算机可执行指令或数据结构可被缓存到网络接口模块（例如，“NIC”）内的RAM中，并且然后最终被传递到计算机系统RAM和/或到计算机系统处的较不易失性计算机存储介质。因此，应当理解，计算机存储介质可被包括在也（甚至主要地）利用传输介质的计算机系统组件中。

计算机可执行指令包括例如指令和数据，当所述指令和数据在处理器处被执行时，其使得通用计算机、专用计算机、或专用处理设备执行特定功能或功能组。计算机可执行指令例如可以是二进制的中间格式指令（诸如汇编语言）或甚至是源代码。虽然主题是以特定于结构特性和/或方法动作的语言描述的，但应当理解，在所附权利要求中限定的主题不一定限于所描述的特征或上面描述的动作。而是，所描述的特征或动作是作为实施权利要求的示例性形式公开。

本领域技术人员将领会，本发明可以在具有许多类型的计算机系统配置的网络计算环境中被实践，所述许多类型的计算机系统配置包括个人计算机、台式计算机、膝上型计算机、消息处理器、手持设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费电子产品、网络PC、微型计算机、大型计算机、移动电话、PDA、寻呼机、路由器、交换装置等等。本发明也可以在分布式系统环境下被实践，在所述分布式系统环境中，通过网络（经由硬连线的数据链路、无线数据链路、或经由硬连线和无线数据链路的组合）链接的本地和远端计算机系统二者都执行任务。在分布式系统环境中，程序模块可位于本地和运城存储器存储设备两者中。

将关于图2和3描述用于把具有不同存储特性的多层的卷暴露给文件系统的示例性机制的原理。然而，不管异构卷（例如，具有不同存储特性的多层的卷）是如何被创建的，文件系统操作的更广泛的原理也适用。此后，将关于图4和5描述对该异构卷操作的文件系统的操作的实施例。图4和5的文件系统操作的实施例将关于图2和3中暴露的卷进行描述，但是所述原理不限于用于生成卷的这种机制。

图2图示了计算环境200，其中卷系统202使用卷暴露系统210将卷211向上暴露给文件系统201。计算环境200例如可以在图1的计算系统100中被实施。如果是这种情形，文件系统201和卷系统202可以响应于计算系统的（一个或者多个）处理器102执行计算机可执行指令来被创建和/或被操作。例如，这样的计算机可执行指令可被存储在计算机可读介质（诸如被包括在计算机程序产品内的计算机可读存储介质）上。

卷211由以优选连续的逻辑地址区段（extent）的形式表示的存储构成。在本描述和权利要求中，“卷”被定义为以单个命名空间的形式呈现给文件系统的、一个或多个逻辑地址区段的任何组。当文件系统201向卷系统202发出读或写请求时，所述文件系统请求包括逻辑地址。卷系统202被配置成通过使用由文件系统201提供的逻辑地址来识别正被寻址的卷211的部分。因此，从文件系统201的角度，文件系统201可以访问遍及卷211的整个区段逻辑上可寻址的整个卷211。

然而，不像常规卷，并非卷211中的所有存储位置都具有相同的特性。因此，卷211可被看作为异构卷，其由具有不同特性的部分组成。这种异构特征由映射系统220支持，所述映射系统220把卷211的逻辑存储位置中的至少某些逻辑存储位置的每个逻辑存储位置映射到在底层存储系统230中的对应的物理存储位置。在图2中，底层存储系统230的每个被图示为具有特定形状，其象征由对应底层存储系统供应的存储的明显不同的特性集合。

例如，存储系统230A和230C两者都被图示为圆形，这表示这些存储系统提供具有共同特性集合的存储。存储系统230B和230E被图示为三角形，这表示这些存储系统提供具有彼此共同特性集合的存储，所述特性集合不同于存储系统230A和230C的特性集合。存储系统230D被示为梯形，这表示这个存储系统提供如下这样的存储，即：所述存储具有与其他存储系统中的任何存储系统都不同的特性集合。存储系统230F被示为正方形，这表示这个存储系统提供如下这样的存储，即：所述存储具有与其他存储系统中的任何存储系统都不同的另外的不同的特性集合。

底层存储系统230被图示为包括六个存储系统230A到230F，它们具有四种不同的特性集合（由圆形、三角形、梯形和正方形象征性表示）。然而，省略号230G表示：只要存在共同地供应具有不同特性集合的存储的至少两个存储系统，则底层存储系统230可以包括任何数量的存储系统，不论其多于、还是等于或者还是少于图2中所图示的存储系统数量。映射系统220利用不同的特性集合，以便把异构卷211 向上供应给文件系统。

此时，将描述某些术语。在本描述和权利要求中，“特性集合”被描述为一个或多个特性的集合。因此，单个特性可被看作为其本身是一个“特性集合”。存储的特性的例子将在下面更深入地描述。而且，当存储系统被描述为供应具有特性集合的存储时，这并不是说在由存储所供应的特性中不存在超过该特性集合的更多特性。另外，如果给定特性集合（称为“第一特性集合”）包括至少一个不被包括在另一特性集合（称为“第二特性集合”）中的特性，或者如果第二特性集合包括至少一个不被包括在第一特性集合中的特性，则第一特性集合“不同于”第二特性集合。因此，存在这样的情况，其中，第一特性集合和第二特性集合共享一个或多个共同特性，但根据该定义，它们仍然可以是不同的特性集合。

术语“物理”存储位置或“物理”地址常常被使用来分别指在底层存储系统230中的存储位置或地址。这样做仅用于将由文件系统201在对异构卷211进行寻址时使用的寻址方案（即“逻辑寻址方案”）与由底层存储系统230用于访问由对应的底层存储系统供应的存储时使用的寻址方案（即“物理寻址方案”）区分开。例如，文件系统201使用“逻辑”地址来寻址在卷211内的存储位置。然而，存储系统230A到230F使用“物理”地址来访问相应的存储位置231A到231F。

然而，这并不暗示着底层存储系统本身必须是物理设备或系统，尽管可以是这种情形。例如，可以存在甚至将底层存储系统与实际物理存储介质区别开的一个或多个另外的映射抽象级别。作为例子，底层存储系统可以是物理存储系统，诸如闪存器、固态盘、机械盘等等。然而，存储系统也可以是某些类型的合并存储系统，其向上供应被映射到另外的底层存储系统的地址。而且，可以存在存储系统在将数据存储到给定存储位置之前对所述数据应用的一个或多个变换（诸如加密或压缩），以及存储系统从给定存储位置读取数据之后对所述数据应用的一个或多个逆变换（诸如解密或解压缩）。

对定义的澄清现在将转向存储位置的大小的粒度。在图2中，最精细图示的存储位置粒度（在下文中称为“长字节”）表示映射系统220采用其进行工作以便映射存储位置的基本单位。每个长字节表示由文件系统201识别的逻辑寻址方案中的连续地址位置（例如，连续逻辑块）。为了简化映射220，尽管不是严格必需，但是每个长字节也可以表示物理寻址方案中的连续地址位置。

例如，在图2中，卷211被图示为包括17个长字节，它们被标记为“A”到“Q”。卷中的长字节的准确数目和大小对于本文描述的原理并不是关键的。较小的长字节具有对卷中的不同特性集合的存储之间的边界有更精细粒度的控制的优点，但具有增加了映射系统220跟踪的映射数量的缺点。因此，长字节的大小将是设计的选择，其取决于在卷系统210的具体实施方案的上下文中对这些优点与缺点的平衡。在一个实施例中，长字节超过一百兆字节。这可能看起来相当大，但如果卷被提供在太字节（terabyte）字节范围内的话，则映射系统220仍要跟踪许多数以千计的长字节映射。因此，为了清楚解释在本文中描述的原理起见，图2表示了简化的系统。尽管不是必需，但对于长字节大小的其它选择可以是一兆字节或以上。

使长字节具有固定大小简化了映射操作，尽管在本文中描述的宽泛方面下，这不是必需的。例如，给定的长字节在大小上可以具有某个常数的二进制倍数。例如，假设最小的长字节（并且因此是常数）是100兆字节。映射系统可以跟踪那些还为200兆字节、400兆字节、800兆字节、1.6千兆字节等等的长字节。虽然这确实增加了映射算法的复杂度，但它也可以减少需要被跟踪的实际映射的数量，而同时仍然允许对于区域边界的位置的精细粒度控制。

物理存储位置231A到231F的每个也具有表示映射的基本单元的长字节。例如，在本例中，物理的存储位置231A包括长字节 a1到a4，物理存储位置231B包括长字节 b1到b3，物理存储位置231C包括长字节 c1到c4，物理存储位置231D包括长字节 d1到d6，物理存储位置231E包括长字节 e1到e3，以及物理存储位置231F包括长字节f1到f4。当然，这个例子为了读者的利益被大大地简化。取决于长字节大小，每个底层存储系统230可以更有利地包括数以百计、数以千计或甚至数以百万计的长字节。此后，在卷211中的长字节也可以称为“卷长字节”，而底层存储系统中的长字节也可以称为“存储长字节”。

如果映射系统220将卷长字节映射到底层存储系统中的特定存储长字节，则卷长字节是“厚配置”的。例如，卷长字节 A到G被厚配置，因为映射系统220将它们映射到在底层存储系统230中的相应存储长字节 a1、a3、a4、c2、b1、b3和e3。同样，卷长字节 L到Q被厚配置，因为为映射系统220将它们映射到在底层存储系统230中的相应长字节 d3、d1、d2、d4、d5和d6。

如果映射系统220直到卷长字节被文件系统需要之前没有把该卷长字节映射到底层存储系统中的特定存储长字节，则卷长字节是“精简配置”的。例如，卷长字节 H到K未被映射系统220映射到任何底层存储，尽管一旦卷长字节 H到K中的任一个被实际用于存储数据，映射系统220可以知道存储系统230F的存储长字节 f1到f4可用于进行正确映射。

在本描述和权利要求中，“区域”被定义为被呈现给文件系统（例如，文件系统201）的卷（例如，卷211）的逻辑寻址方案中连续的一个或多个长字节的集合。例如，卷211被图示为包括第一区域212A、第二区域212B、第三区域212C和第四区域212D。然而，本文描述的原理不限于卷内的区域数目，并且下面甚至还将描述区域数目增加的例子。

每个区域对应于一个共同特性集合（也称为“区域特性集合”），该共同特性集合与由该组成卷长字节被映射到的（一个或者多个）底层存储系统所供应的特性集合“一致”。例如，第一区域212A具有一个如下这样的特性集合（此后称为“第一区域特性集合”），即：该特性集合与支持由具有被映射到组成卷长字节 A到D的长字节的存储系统（例如被表示为圆形的230A和230C）供应的存储的特性集合一致。如果区域特性集合1）与存储特性集合相同，或者2）为存储特性集合的子集，其具有由底层存储供应的、不会与区域特性集合内的任何特性不兼容的任何额外特性（超过区域特性集合中的那些），则区域特性集合与存储特性集合“一致”。

第二区域212B具有第二区域特性集合，该第二区域特性集合与由具有被映射到组成卷长字节 E到G的长字节的存储系统（例如由三角形表示的230B和230E）供应的支持存储的特性集合一致。第三区域212C具有第三区域特性集合，该第三区域特性集合与由存储系统230F供应的存储的特性集合一致。相应地，一旦在卷长字节 H到K上检测到写操作，则映射系统220已经准备好将把区域212C的卷长字节 H到K中的任一卷映射到存储系统230F（由正方形表示）的存储长字节 f1到f4中的任一个。第四区域212D具有第四区域特性集合，该第四区域特性集合与由具有被映射到组成卷长字节 L到Q的长字节的存储系统（例如由梯形表示的230D）供应的支持存储的特性集合一致。

如果某个区域的组成卷长字节全部都是厚配置的，则该区域被定义为“厚配置”。如果某个区域的组成卷长字节全部都是精简配置的，则该区域被定义为“精简配置”。因此，在图2中，区域212A、212B、和212D是厚配置的，而区域212C是精简配置的。

“层”被定义为具有共同区域特性集合的一个或多个区域的集合。层中的给定区域不需要与该层内的任何其他区域连续。在图2的情形下，区域212A到212D的每个具有不同的区域特性集合。在图2中不存在具有多于一个的区域的层。因此，图2中也存在四层。第一层仅仅包括第一区域212A，并且具有与第一区域特性集合相同的特性集合（此后称为“第一层特性集合”）。第二层仅仅包括第二区域212B，并且具有与第二区域特性集合相同的特性集合（此后称为“第二层特性集合”）。第三层仅仅包括第三域212C，并且具有与第三区域特性集合相同的特性集合（此后称为“第三层特性集合”）。第四层仅仅包括第四区域212D，并且具有与第四区域特性集合相同的特性集合（此后称为“第四层特性集合”）。在下面关于图3提供的例子中，添加第五区域（312E），以便扩展第一层。然而，对于图2的描述，第一区域到第四区域一对一地对应于第一层到第四层。

如果层的（一个或者多个）组成区域全部是厚配置的，则该层被定义为“厚配置”的。如果层的（一个或者多个）组成区域是精简配置的，则该层被定义为“精简配置”的。因此，第一、第二和第四层是厚配置的，而第三层是精简配置的。当响应于配置指令而初始设置时，层可以是厚配置的或被精简配置的。

文件系统201包括关于卷211 的元数据205，其诸如卷的大小、以及每层的大小和（一个或者多个）逻辑存储位置。元数据205还可以包括每层的层特性集合。元数据205例如可持续存在。文件系统201可以使用该元数据205来做出关于把文件系统命名空间（诸如目录或文件）或其一部分放置在卷211中的何处的决定。

省略号213表示卷暴露系统210可以将更多卷向上供应给文件系统。附加卷也可以是异构的，并且可以使用相同的底层存储系统。例如，在图2中，在仅卷211被向上暴露的情况下，长字节 a2、b2、c1、c3、c4、e1、e2、f1、f2、f3和f4每个被图示为未映射。因此，这些未映射的长字节可由卷暴露系统210使用，以便通过使用关于构造第一卷211所描述的相同原理构造一个或多个附加卷（未示出）。

任何给定的特性集合中的任何特性可以是可在确定在其中放置文件系统命名空间（诸如目录或文件系统）的有效层时与文件系统或其他决定制定逻辑有任何相关性的任何特性。现在将提供例子，尽管这种例子的枚举只是可能的相关特性的少量采样。

特性的一个例子可以是底层存储系统的实际类型。例如，类型特性可以规定闪速存储器、盘设备、云存储、或任何其它类型的存储系统。类型特性也可以规定更广泛的类别，诸如不涉及机械交互段的固态存储，或者具有一个或多个机械交互段的机械存储。

特性也可以是涉及到存储性能的性能特性。例如，读/写性能特性涉及到当执行读/写操作时存储的性能。例如，读/写性能特性可以是等待时间（读和/或写）、数据传递速度（读和/或写）等等的函数。

性能特性也可以是瞬态性能特性，其可以是任何给定比特将在给定时间段内在存储装置中翻转的概率的函数。例如，瞬态性能特性可以指示出存储装置能够安全地存储数据达特定数目的天、周或年。瞬态性能特性可以是在随后的写被认为是不可靠或不可能的之前给定大小的存储装置可以预期耐受的预期写操作数量的函数。例如，存储装置可以具有最大10、100或1000个写操作。瞬态性能特性还可以规定存储装置是易失性还是非易失性的。

特性可以是与内置在存储中的冗余水平相关的弹性特性。例如，某些存储装置可以是双路镜像的，提供所述双路镜像以经受住单个物理存储设备故障。某些存储可以具有经受得住多于一个物理设备故障的较高冗余水平，以及弹性特性可以规定最小的冗余水平。

特性还可以指示出存储是否是远程复制的，所述远程复制涉及在远程位置中保留数据的副本。

特性还可以与加密属性相关。例如，存储系统可以具有如下这样的硬件和/或软件，即：所述硬件和/或软件在存储之前对数据进行加密，以及在从存储中读取之后对数据进行解密，由此安全地存储数据，同时允许文件系统不受阻碍地对数据进行操作。加密特性还可以规定加密的最小安全性，诸如是否必需128比特加密。

特性还可以是压缩特性，在该情况下，存储系统具有如下这样的硬件和/或软件，即：所述硬件和/或软件在对存储进行写入之前对数据进行压缩，以及在从存储读取之后对数据进行解压缩，由此以压缩形式存储数据，同时允许文件系统对未压缩数据进行操作。压缩特性还可以表示压缩是否必须是无损的，或者某种水平的有损压缩是否是可接受的，以及如果是，那么何种水平的有损压缩是可接受的。

特性还可以包括用于存储系统的不寻求惩罚（seek penalty）的存在。如果寻求惩罚存在，则该特性还可以规定该寻求惩罚的特性。特性集合还可以包括底层存储系统的功率消耗属性。

对于给定的层的特性集合可以包括这些已枚举特性或附加未枚举特性或其组合中的任何一个或多个。

图3图示出了环境300，该环境300对图2的例子进行扩展，并且图示出了自图2的情况之后的发生的若干事情。举例来说，映射系统220现在图示了卷长字节 J到存储长字节f1的映射。因此，在某一时刻，文件系统201向长字节 J内的某个逻辑地址空间进行写入，从而使得映射系统220通过制定对于支持区域212C的特性的底层存储长字节的实际映射来作出反应。由此，在图3的状态下，图3的第三区域212C、第三层和卷211’可以被看作“部分厚配置”的。如果存在包含在区域、层或卷中的至少一个厚配置的卷长字节和至少一个精简配置的卷长字节，则所述区域、层或卷是“部分厚配置”的。

发生的另一件事情是图2的卷211已被卷暴露系统210扩展为形成了已扩展卷211’，其包括具有两个卷长字节 R和S的第五区域312E。第五区域312E扩展了以前只包括第一区域212A的第一层。因此，现在第一层包括两个区域212A和312E。如果附加区域的厚配置被执行，则映射系统220通过将附加长字节 R和S映射到存储系统230C的相应存储长字节c3和c4而对用于扩展第一层的指令做出响应，所述存储系统230C提供具有与第一层特性集合一致的特性集合的存储。在卷中的任何层因此可以通过厚配置而被扩展，只要存在可用于支持扩展的兼容的底层存储。

这种映射操作导致：对卷211’中的卷长字节内的逻辑地址的任何文件系统写操作被转化为对对应的所映射的存储长字节中的对应物理地址的写请求。如果卷长字节仅仅是精简配置的，则写请求还导致该卷长字节到一致的存储长字节的映射。如果文件系统对卷211’中的卷长字节内的逻辑地址发出读操作，则映射导致产生来自对应的所映射的存储长字节中的对应物理地址的读请求。

因此，卷系统202是一种有效机制，其用于向文件系统提供异构的卷，允许用于在命名空间的合适层中恰当地放置文件系统命名空间（诸如目录或文件）或甚至文件的部分的智能决定制定。对于给定文件系统命名空间或其一部分的适当特性集合可以响应于动态条件而改变，这导致只要针对该文件系统命名空间的特性保证被尊重，则文件系统将该文件系统命名空间或其部分从一层移动到另一层。虽然文件系统201可以对具有不同存储特性的多层的任何异构卷操作，而不管异构卷是如何生成的，但现在将关于图4A、4B和5参考图2的示例性卷211 和关于图3的示例性扩展卷211’来描述文件系统操作的实施例。

图4A图示了用于基于要被应用到文件系统命名空间的特性集合的当前状态，操作文件系统把文件系统命名空间放置到卷中的方法400A的流程图。例如，方法400A可以由图2的文件系统201对图2的卷211和/或对图3的卷211’执行。

方法400A包括标识要被放置到卷中的文件系统命名空间的动作（动作401A）。文件系统命名空间例如可以是目录或文件。例如，该标识（动作401A）可以在文件系统命名空间要被写入到卷时发生。

方法400A还包括确定对应于文件系统命名空间的存储特性集合（动作402A），或换句话说，确定在把文件系统命名空间放置到卷中时要被应用到文件系统命名空间的存储特性集合。例如，在本文提供的例子中（此后称为 “主题例子”），假设文件系统命名空间是刚被创建的文件，以及文件要被加密并且可选地要被压缩。文件系统因此将确定：加密存储特性将被应用到存储中的文件，以及可选的压缩特性将被可选地应用到存储中的文件。

要被应用到任何给定文件系统命名空间的存储特性集合可以响应于用户输入而被确定。例如，用户可以明确声明想要的存储特性，以及可能声明想要的存储特性是强制性的还是可选的。例如，在主题例子中，假设用户声明：文件要具有加密的存储特性，和任选的压缩存储特性。

用户还可以为文件系统命名空间表达更概括的目标。例如，在主题例子中，可能用户规定了存储装置的主要目标是保持文件中的信息不被发现，而还表达了保持文件大小在特定阈值之下的次要目标。基于这些所声明的目标并且考虑到未压缩文件的大小，文件系统（或可访问文件系统的某些逻辑）可以向文件指派强制性的加密存储特性和可选的压缩存储特性。

文件系统还标识了对于卷内的每层的特性集合和逻辑地址区段（动作403A）。例如，如前面关于图2和3描述的，以推送方式（诸如，当卷被创建或扩展时）和/或以拉取方式（例如，响应于当卷被创建或扩展时从文件系统201到卷系统202的查询）向文件系统提供了元数据205。与标识文件系统命名空间（动作401A）及其关联的特性集合（动作402A）并行地示出了标识针对每层的特性集合和逻辑地址区段的动作（动作403A），因为元数据205可以由文件系统301在任何时间获取，甚至可能在文件系统命名空间被标识之前获取。

存在可以在元数据205中表示针对每层的特性集合的若干不同方式。在一个实施例中，对于每层明确枚举出特性集合。在另一个实施例中，采用某种继承来以更精简（compressed）的形式表示特性集合。例如，基于继承规则，特定层可以从卷级别特性继承特性。

通过使用该信息，文件系统201（或可访问文件系统201的逻辑）然后可以标识将把文件系统命名空间存储到其中的卷的特定层（动作404A）。这可以基于将文件系统命名空间的存储特性集合与所标识的层的特性集合进行匹配而执行（动作404A），以找到存在与文件系统命名空间的存储特性集合一致的特性集合的全部那些层。

例如，再次考虑其中要被存储的文件的存储特性集合包括强制性加密存储特性和可选的压缩存储特性的主题例子。现在假设第一层（对应于图2中的第一区域212A，或图3中的两个区域212A和312E）提供加密和压缩，而第二层（对应于图2和图3中的区域212B）仅仅提供加密。然后，第一和第二层两者都具有与文件系统命名空间的特性集合兼容的特性集合。在这种情形下，文件系统将选择第一层来将文件存储在其中。

再次考虑其中存在仅一个提供加密（但没有压缩）的层和仅一个供应压缩（但没有加密）的其他层的主题例子。在该情形下，文件系统可以选择提供加密（但没有压缩）的层，因为加密是文件的强制性特性，而压缩只是文件的可选特性。

考虑其中不存在执行加密的层的最终例子。然而，回忆在主题例子中，加密存储特性是强制性存储特性。在该情形下，文件系统可以通过执行诸如以下的任何适当的动作来对这样的失败做出响应：1）通知用户文件存储失败，并且请求是否改变对于文件的特性或目标，或2）在最匹配的层中保存文件，但向用户通知次优存储，并且请求是否应当取消存储。

尽管在本文中描述的原理不限于用于找到与对于文件的特性集合相匹配的层的任何特定机制，但是一种用于找到最匹配的层的可能方法如下。按照这个示例性方法，把文件的特性集合（“文件特性集合”）与由层供应的特性集合进行比较。如果文件特性集合与层特性集合之间存在准确匹配，并且其中在层特性集合中没有提供附加特性，则该层被选择为对于该文件的目标。如果不存在这样的层存在，则选择如下这样的层：文件特性集合与该层特性集合之间存在准确匹配，但其中最少的附加特性被供应在该层特性集合中。在不分胜负的情形下，选择具有最多可用块的层。

如果在文件特性集合与层特性集合之间不存在准确匹配，则选择具有最匹配的层特性的层，该层没有在层特性集合中所供应的附加特性。如果这样的层不存在，则选择如下这样的层，即：其具有最匹配的层特性，但其中在层特性集合中供应最少的附加特性。再一次地，在不分胜负的情形下，选择具有最多可用块的层。。

最佳匹配算法的目的不仅在于提供将文件放置在其中的良好匹配层，而还在于提供可预测的行为。选择具有最少量附加层特性的准确匹配背后的动机将是选择如下这样的层，即：该层将具有基于想要的文件特性集合的最可预测的行为。例如，如果卷具有两层，一层具有不寻求惩罚的特性，另一个层具有不寻求惩罚的特性和加密特性，但文件只要求不寻求惩罚的特性，则可以最好选择仅仅具有不寻求惩罚的特性的层，因为加密要求进行大量处理，并且可以减少由具有不寻求惩罚的特性所寻求的性能益处。

一旦找到用于存储文件系统命名空间的适当的层（动作404A），文件系统201使得文件系统命名空间被存储在适当的层中（动作405A）。

图4B图示了用于将操作文件系统基于被应用到文件系统命名空间的特性集合的当前状态而把文件系统命名空间从卷中的一层移动到另一层的方法400B的流程图。方法400B内的某些动作十分类似于方法400A的动作。再次地，方法400B可以由图2和3的文件系统201执行。

方法400B包括标识要被移动的文件系统命名空间的动作（动作401B）。文件系统命名空间例如可以是目录或文件。在某些实施例中，文件系统命名空间的一部分可以在卷中移动。方法400A还包括确定对应于文件系统命名空间的存储特性集合（动作402B），这可以以类似于图4A的动作402A的方式执行。文件系统还标识对于卷内的每层的特性集合和逻辑地址区段（动作403B），这可以是类似于图4A的动作403A。通过使用该信息，文件系统201（或可访问文件系统201的逻辑）然后可以基于层特性集合与文件系统存储特性集合的匹配，标识把文件系统命名空间移动到其中的卷中的特定层（动作404B）。文件系统201然后使得文件系统命名空间移动到所标识的层（动作405B）。

这个移动操作可以因为若干原因中的任何原因而发生，即使文件系统命名空间的特性集合没有改变。在第一例子中，假设卷长字节必须从层中移除，以及文件系统命名空间被整个地或部分地放置在该卷长字节内。这可能会发生，例如如果存储系统支持卷长字节故障以及系统选择不将卷长字节重新映射到也支持该层的不同存储设备中的另一存储长字节（例如，因为不存在这样的其它存储系统可供使用）的话。在该情形下，文件系统命名空间可被移动到另一个可接受的层。

对于移动的另一原因可能是附加层成为可提供的，该附加层具有非常接近地匹配于要被应用到文件系统命名空间的特性集合的对应的特性集合。例如，在主题例子中，要回忆，文件的特性集合是强制性加密特性和可选的压缩特性。假设文件初始地存储在供应加密但不供应压缩的层中，因为在那时仅仅不存在供应加密和压缩两者的层可供使用。现在，假设卷被扩展成添加一个供应加密和压缩两者的新层，并且在该新层中存在很多空间。文件系统然后可以被移动，以实现文件系统命名空间的加密和压缩。

文件系统命名空间（或片段）的其它移动可以是响应于要被应用到对应的文件系统命名空间（或片段）的存储特性集合中的动态改变的。相应地，文件系统201还包括层引擎206，其动态地监测文件系统特性集合。层引擎206能够响应于文件段的特性集合中的一个或多个特性集合的改变而以文件的一部分的粒度进行移动。因此，文件系统命名空间部分或片段可以继承该文件系统命名空间部分或片段作为其一部分的文件系统命名空间的特性集合，但也可以具有与文件系统命名空间不一致的附加特性。图5图示了用于响应于要被应用到文件系统命名空间（或其片段）的特性的改变而把文件系统命名空间或其一部分在卷中进行移动的方法500的流程图。

层引擎监测文件系统命名空间（或其片段）的特性集合（动作501）。如果特性集合没有改变（决定方块502中的“否”），则层引擎不执行移动并且监测继续进行（动作501）。如果特性集合确实改变了（在决定方块502中的“是”），则层引擎确定文件系统命名空间（或其片段）将被移到其中的最适合的层（动作503）。这可以基于文件系统命名空间（或其片段）的特性集合与每层特性集合进行匹配，以非常类似于用于动作404A和404B的方式执行。如果最佳层是与文件系统命名空间（或其片段）当前所位于的层相同的层（决定框504中的“是”），则不执行移动。替代地，监测继续进行（动作601）。如果针对文件系统命名空间（或其片段）的最佳层是与文件系统命名空间（或其片段）当前所处的层不同的层（决定方框504中的“否”），则层引擎使得文件系统命名空间（或其片段）移动到目标层（动作505）。层引擎可以连续地、周期性地、和/或响应于对于多个文件系统命名空间和多个片段的事件而执行这种监测。

因此，描述了可以有效地使用其中每层具有不同特性的多层卷的文件系统。初始将文件系统命名空间指派到某个层和/或随后把文件系统命名空间（或其片段）移动到层内可以通过使用由卷内的每层所供应的特性集合而被有利地、智能地执行。

本发明可以以其它特定形式体现，而不背离其精神或本质特点。所描述的实施例应当在所有的方面被认为是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求指示，而不是由上述的描述指示。在权利要求的等价性的意义和范围内的所有改变都应当被包括在所述权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种计算系统，包括：

一个或多个处理器；和

一个或多个计算机可读存储介质的计算机程序产品，所述计算机可读存储介质在其上具有一个或者多个计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被所述一个或多个处理器执行时，其使得所述计算系统执行一种用于使得文件系统对底层卷进行操作的方法，所述方法包括：

获得对于卷的多层的每层的逻辑存储位置和特性集合的动作；

标识处在卷中或者要被放置在卷中的文件系统命名空间的动作；

确定对应于该文件系统命名空间的存储特性集合的动作；

标识该卷的特定层的特性集合的动作；

标识该文件系统命名空间要被存储到其中的卷的特定层的动作，其中所述标识包括：

确定所述存储特性集合未能匹配与该卷的所述多层对应的任何的特性集合，包括该特定层的特性集合；

将失败的匹配通知给用户；以及

将该特定层选择为最佳匹配的层；以及

使得该文件系统命名空间被存储在该卷的该特定层内的动作。

2.按照权利要求1的计算系统，其中文件系统命名空间是文件。

3.按照权利要求1的计算系统，其中文件系统命名空间是目录。

4.按照权利要求1的计算系统，其中标识文件系统命名空间的动作包括在卷内创建文件系统命名空间的动作。

5.按照权利要求4的计算系统，其中存储特性集合包括静态特性集合。

6.按照权利要求1的计算系统，其中存储特性集合包括至少一个动态特性集合，并且所述方法进一步包括监测动态特性集合以确定动态特性集合已经改变的动作，其中标识该文件系统命名空间要被存储到其中的卷的层的动作和使得该文件系统命名空间被存储在该卷的该特定层内的动作两者都响应于在动态特性集合中所监测到的改变而被执行。

7.按照权利要求1的计算系统，其中确定对应于文件系统命名空间的存储特性集合的动作至少部分基于用户输入。

8.按照权利要求1的计算系统，其中标识卷的特定层的特性集合的动作包括以下项：

标识与该特定层明确相关联的至少一个特性的动作；以及

标识由该特定层从该卷继承的至少一个特性的动作。

9.按照权利要求1的计算系统，其中该特定层的特性集合包括以下的至少一项：性能特性、弹性特性、加密特性、压缩特性和写限制特性。

10.一种用于使得文件系统对底层卷进行操作的方法，所述方法包括：

标识对于在包括特定层的特定特性集合的卷内的多层的每层的特性集合的动作；

标识已经在卷中或者要被提供在卷内的文件系统命名空间的动作；

确定要被应用到该文件系统命名空间的存储特性集合的动作；

标识该文件系统命名空间要被存储到其中的所述多层中的特定层的动作，所述标识是基于将该存储特性集合中的至少一个特性与该特定层中的至少一个特性进行匹配且是在确定该特定层具有在所述多层的所有其它特性集合当中的最少量的附加特性后进行的；以及

使得该文件系统命名空间被存储在该卷的该特定层内的动作。