CN105468541B - 一种面向透明计算智能终端的缓存管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向透明计算智能终端的缓存管理方法，智能终端将缓存划分为索引区、状态区和数据区；所述索引区用于存储索引节点信息，所述索引节点包括索引节点号、节点单元数、节点单元数个缓存单元偏移地址；所述状态区用于存储以二进制形式表示的缓存单元存储状态的状态索引；所述智能终端根据所述索引节点大小和所述索引节点的最大个数计算索引节点所需的最大存储空间，自动分配索引节点区；所述智能终端根据所述状态索引需要的二进位个数计算状态索引所需的存储空间，自动分配状态区。本发明具有节约的索引区需要占用的缓存空间，提高了缓存的利用效率，减少了缓存的擦写次数，算法简单、容易实现等优点。

Description

一种面向透明计算智能终端的缓存管理方法

技术领域

本发明涉及一种文件管理方法，尤其涉及一种面向透明计算智能终端的缓存管理方法。

背景技术

透明计算是一种用户无需感知计算机操作系统、中间件、应用程序和通信网络的具体所在，只需根据自己的需求，通过网络从所使用的各种终端设备(包括固定、移动、以及家庭中的各类终端设备)中选择并使用相应服务(例如计算、电话、电视、上网和娱乐等)的计算模式。

基于透明计算的软件执行模式，将软件(操作系统视为一类特殊软件)划分为程序段和外部资源，其中程序段又包括只读部分和读写部分。基于透明计算的智能终端，本地存储器中不存储操作系统和软件，而是在用户需要运行软件时，直接从服务端下载软件的程序段并加载至内存中运行，即可实现软件的启动运行，在软件的运行过程中，根据软件对外部资源的需求，按需从服务端下载外部资源，供软件调用。由于智能终端所需要的数据均需要通过网络从服务端下载，在网络环境不好的情况下，会给网络传输带来很大的压力，因此，在智能终端与网络之间，设备一个由闪存构成的缓存来缓解频繁从服务端下载数据的压力。由于闪存的读取速度与内存的读取速度相当，智能终端只将该程序的读写部分存储在内存中，而将程序的只读部分存储在闪存中，只读的外部资源也存储在闪存中，在程序运行中直接从闪存中读取需要数据，这种策略一方面降低了程序在运行过程中对内存存储容量的需求，另一方面也保证了程序能够流畅运行。并且，由于闪存具备长期存储数据的特征，因此，闪存中存储的程序只读部分和外部资源在程序运行时无需每次都从服务端下载，可直接从闪存中读取，降低了智能终端与服务端的通信频率，提高了智能终端的程序运行效率。但这也对缓存的管理提出了需求，在基于透明计算的智能终端中，通过智能终端的超级系统Meta OS管理智能终端的缓存。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种管理简单、方便，能够有效降低智能终端对网络的依赖，提高基于透明计算智能终端缓存利用效率，并有效防止操作系统与应用软件对缓存资源竞争的面向透明计算智能终端的缓存管理方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种面向透明计算智能终端的缓存管理方法，智能终端将缓存划分为索引区、状态区和数据区；

所述索引区用于存储索引节点信息，所述索引节点包括索引节点号、节点单元数、节点单元数个缓存单元偏移地址；所述偏移地址为缓存单元的编号；

所述索引节点的最大个数等于所述缓存包含的缓存单元数；

所述索引节点的节点单元数的最大值等于所述智能终端所支持的最大文件所占用缓存单元数；

所述状态区用于存储以二进制形式表示的缓存单元存储状态的状态索引，所述状态索引的每一个二进制位表示一个缓存单元，以1表示存储状态，以0表示空闲状态；所述存储状态索引的长度与缓存单元数相同；

所述智能终端根据所述索引节点大小和所述索引节点的最大个数计算索引节点所需的最大存储空间，自动分配索引节点区；

所述智能终端根据所述状态索引需要的二进位个数计算状态索引所需的存储空间，自动分配状态区。

作为本发明的进一步改进，所述索引区按照缓存单元分页管理；当修改索引节点时，根据该索引节点所在的缓存单元，对该缓存单元中的索引节点执行修改操作。

作为本发明的进一步改进，包括读取步骤、写入步骤、重写步骤、和删除步骤；

所述文件读取步骤包括：根据所述索引节点号检索所述索引区并获取索引节点，根据所述节点单元数依次读取所述偏移地址所对应缓存单元的数据内容；

所述写入步骤包括：根据需要写入数据的大小判断所述数据需要分配的缓存单元数，检索所述状态索引，判断所述缓存中的空闲缓存单元是否满足分配，是则分配缓存单元，并修改缓存单元对应的状态索引，生成索引节点，将所分配的缓存单元的编号写入索引节点的偏移地址中，将所述数据写入所分配的缓存单元，否则缓存不足，退出写入步骤；

所述重写步骤包括：根据所述索引节点号检索所述索引区并获取索引节点，删除所述索引节点偏移地址对应缓存单元中的数据，并根据所需要写入数据的大小重新分配所述索引节点的缓存单元，将所需要写入的数据写缓存单元；

所述删除步骤包括：根据所述索引节点号检索所述索引区并获取索引节点，依次删除所述索引节点偏移地址对应缓存空间中的数据，并修改所述缓存空间对应的状态索引，删除所述索引节点。

作为本发明的进一步改进，所述重写步骤中，所述根据所需要写入数据的大小重新分配所述索引节点的缓存单元包括：

S1.1通过判断所述需要写入数据大小计算需要占用的缓存单元数，判断所述索引节点已分配的缓存单元数与所述需要写入数据需要占用缓存单元数的关系，大于则跳转到步骤S1.2；等于则跳转到步骤S1.4；小于则需要补充分配缓存单元，跳转到步骤S1.3；

S1.2.释放多余的已分配的缓存单元，跳转到步骤S1.5；

S1.3.判断所述缓存中的空闲缓存单元是否满足分配，是则分配缓存单元，并修改缓存单元对应的状态索引，跳转到步骤S1.4，否则缓存不足，退出重写步骤；

S1.4.重新分配结束，执行所述将所需要写入的数据写缓存单元的步骤。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明智能终端根据索引节点的大小和索引节点的最大数据自动计算并分配索引区，节约的索引区需要占用的缓存空间，提高了缓存的利用效率。

2、本发明索引区按照缓存单元分页管理，修改单一的索引节点，只需要修改该索引节点所在的缓存单元，不涉及索引区其它缓存单元的操作，减少了缓存的擦写次数。

3、本发明算法简单，容易实现，同时，又能满足智能终端缓存管理的需求。

附图说明

图1为本发明缓存单元划分及索引结点结构示意图。

图2为本发明索引区索引节点变化示意图。

图3为本发明读取步骤流程图。

图4为本发明写入和重写步骤流程图。

图5为本发明删除步骤流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例一种面向透明计算智能终端的缓存管理方法，智能终端将缓存划分为索引区、状态区和数据区；索引区用于存储索引节点信息，索引节点包括索引节点号、节点单元数、节点单元数个缓存单元偏移地址；偏移地址为缓存单元的编号；索引节点的最大个数等于缓存包含的缓存单元数；索引节点的节点单元数的最大值等于智能终端所支持的最大文件所占用缓存单元数；状态区用于存储以二进制形式表示的缓存单元存储状态的状态索引，状态索引的每一个二进制位表示一个缓存单元，以1表示存储状态，以0表示空闲状态；存储状态索引的长度与缓存单元数相同；智能终端根据索引节点大小和索引节点的最大个数计算索引节点所需的最大存储空间，自动分配索引节点区；智能终端根据状态索引需要的二进位个数计算状态索引所需的存储空间，自动分配状态区。

在本实施例中，缓存区的大小为TotalSize，缓存单元是缓存区的最小读写操作单元，每一个缓存单元的大小为PageSize，则缓存区一共可以划分的缓存单元个数为PageNum，如式(1)所示，

因为缓存是缓存单元为最小读写操作单元，智能终端所支持的最大文件大小应为缓存单元的P倍，P为正整数。一个索引节点索引缓存中的一个文件，索引节点的节点单元数的最大值等于智能终端所支持的最大文件所占用缓存单元数，即一个索引节点最大需要的偏移地址数，即索引节点的节点单元数的最大值也为P。偏移地址用缓存单元的编号来表示，用二进制的表示方法，那么对于缓存中的缓存单元，最少需要一个N位的二进制数据来表示，且N满足如式(2)所示，

2^N≥PageNum (2)

式(2)中，PageNum为缓存单元个数。

索引节点的节点单元数的最大值P以二进制的形式表示，需要H位的二进制数据表示，如式(3)所示，

2^H≥P (3)

由于索引节点最大可以索引P个缓存单元，最小索引1个缓存单元，因此，最多需要PageNum个索引节点，最少需要个索引节点，则索引节点号以二进制形式表示，同样最少需要一个N位的二进制数据来表示。那么，一个索引节点所需要占用的存储空间的比特位InodeSize如式(4)所示，

InodeSize＝N+H+N×P (4)

式(4)中，N为表示索引节点号需要的二进制位数，H为表示节点单元数需要的二进制位数，P为索引节点所包括的节点单元数；则索引节点最多所需要占用的存储空间的比特位数InodeTotalSize如式(5)所示，

InodeTotalSize＝(N+H+N×P)×PageNum (5)

式(5)中，N为表示索引节点号需要的二进制位数，H为表示节点单元数需要的二进制位数，P为索引节点所包括的节点单元数，PageNum为缓存单元个数。

由此，即可计算得到索引节点最大所需缓存空间，并根据该缓存空间，为索引节点分配索引区缓存单元。

在本实施例中，以二进制形式的状态索引来表示缓存单元的状态，一个二进制位代表一个缓存单元，1表示所表示的缓存单元为存储状态，0表示所表示的缓存单元为空闲状态。那么状态索引最少需要PageNum个二进制位，并为状态索引分配状态区缓存单元。

分配好索引区和状态区，缓存中其余缓存单元均划分为数据区。通过精细化的计算，可以有效节约的索引区和状态区需要占用的缓存空间，提高了缓存的利用效率。

以具体的智能终端设备为例，设智能终端的缓存大小为TotalSize＝4M，缓存单元大小为PageSize＝4K，缓存包括1024个缓存单元。智能终端所支持的最大文件大小为256K，即智能终端所支持的最大文件包括P＝64个缓存单元。可以确定，索引节点的索引节点号需要N＝10个比特位，节点单元数需要H＝6个比特位,索引节点包括64个偏移地址，每个偏移地址需要N＝10个比特位。由此通过式(4)可计算得到一个索引节点至少需要656个比特位，即82个字节，为方便计算，进行取整，每个索引节点为128个字节，由式(5)可计算全部索引节点最多所需要的存储空间为128K，每个缓存单元为4K，一个缓存单元可存储32个索引节点，所需要分配的索引区为32个缓存单元。状态索引需要1024个比特位，即状态区只需要一个缓存单元，分配完索引区和状态区，缓存中其余缓存单元均分配为数据区。

在本实施例中，索引区按照缓存单元分页管理；当修改索引节点时，根据该索引节点所在的缓存单元，对该缓存单元中的索引节点执行修改操作。如图2所示，展示的索引区索引节点一个连续的变化过程，图2左图为索引节点的一个存储状态，索引节点分别存储在索引区的两个缓存单元中，缓存单元1的存储空间已存满索引节点，在一段时间后，如图2中图所示，缓存单元1中的索引节点2和索引节点4被删除，则只刷新缓存单元1中所有的索引节点，将缓存单元1中的索引节点按照最新的顺序排列，存储在缓存单元1中，缓存单元1中剩余的空闲缓存空间则留在缓存单元1的最末尾，并且，不对缓存单元2进行任何操作。如图2右图所示，当有新的索引节点生成时，按照索引节点号的顺序，选择最小的未使用的索引节点号为新生成索引节点的索引节点号，即生成索引节点号为2的索引节点，并将新生成的索引节点2存入到缓存单元1中，在存入索引节点2时，只刷新缓存单元1中的索引节点，不对缓存单元2的索引节点进行操作。通过索引区按照缓存单元分页管理，修改单一的索引节点，只需要修改该索引节点所在的缓存单元，不涉及索引区其它缓存单元的操作，减少了缓存的擦写次数。

在本实施例中，还包括利用索引节点执行读取步骤、写入步骤、重写步骤、和删除步骤；如图3所示，读取步骤包括：根据索引节点号检索索引区并获取索引节点，根据节点单元数依次读取偏移地址所对应缓存单元的数据内容；如图4所示，写入步骤包括：根据需要写入数据的大小判断数据需要分配的缓存单元数，检索状态索引，判断缓存中的空闲缓存单元是否满足分配，是则分配缓存单元，并修改缓存单元对应的状态索引，生成索引节点，将所分配的缓存单元的编号写入索引节点的偏移地址中，将数据写入所分配的缓存单元，否则缓存不足，退出写入步骤；重写步骤包括：根据索引节点号检索索引区并获取索引节点，删除索引节点偏移地址对应缓存单元中的数据，并根据所需要写入数据的大小重新分配索引节点的缓存单元，将所需要写入的数据写缓存单元；如图5所示，删除步骤包括：根据索引节点号检索索引区并获取索引节点，依次删除索引节点偏移地址对应缓存空间中的数据，并修改缓存空间对应的状态索引，删除索引节点。

重写步骤中，根据所需要写入数据的大小重新分配索引节点的缓存单元包括：S1.1通过判断需要写入数据大小计算需要占用的缓存单元数，判断索引节点已分配的缓存单元数与需要写入数据需要占用缓存单元数的关系，大于则跳转到步骤S1.2；等于则跳转到步骤S1.4；小于则需要补充分配缓存单元，跳转到步骤S1.3；S1.2.释放多余的已分配的缓存单元，跳转到步骤S1.5；S1.3.判断缓存中的空闲缓存单元是否满足分配，是则分配缓存单元，并修改缓存单元对应的状态索引，跳转到步骤S1.4，否则缓存不足，退出重写步骤；S1.4.重新分配结束，执行将所需要写入的数据写缓存单元的步骤。

在本实施例中，通过智能终端的超级系统(Meta OS)的文件索引列表来管理缓存，文件索引列表包括文件特征信息和缓存的索引节点号，该文件特征信息包括文件名称、文件类型等。当智能终端上运行的软件提出文件调用请求时，超级系统根据请求的文件名称等信息，检索文件索引列表，即可以判断该文件是否存储在缓存中，是则提供该文件的索引节点号，通过该索引节点号，检索缓存的索引区，即可获得该索引节点的信息，依次顺序读取该索引节点中的偏移地址，即可计算得到对应的物理地址，从而即可读取所请求的文件内容。

当智能终端上运行的软件提出文件写入请求时，超级系统根据请求的文件名称等信息，检索文件索引列表，判断要写入的文件是否存储在缓存中，是则获取该文件的索引节点号，执行重写步骤，否则执行写入步骤。重写步骤中，根据需要写入文件的大小，计算该文件所需要的缓存单元数，通过索引节点号检索索引区，获得该文件的索引节点，并通过将节点单元数与该文件所需要的缓存单元数进行比较，判断该索引节点已分配的缓存单元数是否满足该文件的存储需求，当该索引节点已分配的缓存单元少于写入该文件所需要的缓存单元时，需要为该写入文件补充分配缓存单元；当该索引节点已分配的缓存单元等于写入该文件所需要的缓存单元时，则无需进行缓存单元的重新分配，可以直接进行写入操作；当该索引节点已分配的缓存单元等大写入该文件所需要的缓存单元时，则需要将该索引节点已分配的多余的缓存单元释放。补充分配缓存单元的过程为通过状态索引判断缓存中数据区空间的缓存单元是否满足补充分配的条件，即空闲缓存单元大于需要分配的缓存单元，是则按照缓存单元的编号顺序依次将空闲缓存单元分配给该索引节点，并将所分配的缓存单元的偏移地址，即缓存单元编号写入索引节点的偏移地址中，修改缓存单元的状态索引值为1，否则缓存空间不足，退出重写步骤。完成缓存单元的补充分配。多余的缓存单元释放过程为通过所需要写入文件的大小判断该索引节点需要释放多少个缓存单元，按照索引节点中的偏移地址从后往前依次将偏移地址对应缓存单元中存储的数据删除，并将对应的状态索引值修改为0，将该偏移地址从索引节点的偏移地址中删除，完成释放过程。完成缓存单元的重新分配后，新该写入文件的内容写入该索引节点的缓存空间。

写入步骤为所需要写入的文件新生成一个索引节点，并根据所需要写入文件的大小判断缓存中空闲缓存单元是否满足该文件对存储空间的需求，是则按照缓存单元的编号顺序依次将空闲缓存单元分配给该索引节点，并将所分配的缓存单元的偏移地址，即缓存单元编号写入索引节点的偏移地址中，修改缓存单元的状态索引值为1，并将该文件写入所分配的缓存空间，并由智能终端超级系统在文件索引列表新生成一条记录，记载该文件特征信息与索引节点号信息，否则缓存空间不足，退出写入步骤。

当智能终端上运行的软件提出文件删除请求时，超级系统根据需要删除的文件特征信息检索文件索引列表，获取该文件的索引节点号，并检索索引区获取该索引节点，依次删除该索引节点中偏移地址对应缓存单元中存储的数据，并将该缓存单元的状态索引修改为空闲状态，并从索引节点中删除偏移地址，即完成对文件删除。

本发明中读取、写入、重写和删除步骤算法简单，容易实现，同时，又能满足智能终端缓存管理的需求。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种面向透明计算智能终端的缓存管理方法，其特征在于：智能终端将缓存划分为索引区、状态区和数据区；

所述索引区用于存储索引节点信息，所述索引节点包括索引节点号、节点单元数、节点单元数个缓存单元偏移地址；所述偏移地址为缓存单元的编号；

所述索引节点的最大个数等于所述缓存包含的缓存单元数；

所述索引节点的节点单元数的最大值等于所述智能终端所支持的最大文件所占用缓存单元数；

所述状态区用于存储以二进制形式表示的缓存单元存储状态的状态索引，所述状态索引的每一个二进制位表示一个缓存单元，以1表示存储状态，以0表示空闲状态；所述存储状态索引的长度与缓存单元数相同；

所述智能终端根据所述索引节点大小和所述索引节点的最大个数计算索引节点所需的最大存储空间，自动分配索引节点区；

所述智能终端根据所述状态索引需要的二进位个数计算状态索引所需的存储空间，自动分配状态区。

2.根据权利要求1所述的面向透明计算智能终端的缓存管理方法，其特征在于：所述索引区按照缓存单元分页管理；当修改索引节点时，根据该索引节点所在的缓存单元，对该缓存单元中的索引节点执行修改操作。

3.根据权利要求1或2所述的面向透明计算智能终端的缓存管理方法，其特征在于：包括读取步骤、写入步骤、重写步骤、和删除步骤；

所述文件读取步骤包括：根据所述索引节点号检索所述索引区并获取索引节点，根据所述节点单元数依次读取所述偏移地址所对应缓存单元的数据内容；

所述写入步骤包括：根据需要写入数据的大小判断所述数据需要分配的缓存单元数，检索所述状态索引，判断所述缓存中的空闲缓存单元是否满足分配，是则分配缓存单元，并修改缓存单元对应的状态索引，生成索引节点，将所分配的缓存单元的编号写入索引节点的偏移地址中，将所述数据写入所分配的缓存单元，否则缓存不足，退出写入步骤；

所述重写步骤包括：根据所述索引节点号检索所述索引区并获取索引节点，删除所述索引节点偏移地址对应缓存单元中的数据，并根据所需要写入数据的大小重新分配所述索引节点的缓存单元，将所需要写入的数据写缓存单元；

所述删除步骤包括：根据所述索引节点号检索所述索引区并获取索引节点，依次删除所述索引节点偏移地址对应缓存空间中的数据，并修改所述缓存空间对应的状态索引，删除所述索引节点。

4.根据权利要求3所述的面向透明计算智能终端的缓存管理方法，其特征在于：所述重写步骤中，所述根据所需要写入数据的大小重新分配所述索引节点的缓存单元包括：

S1.1通过判断所述需要写入数据大小计算需要占用的缓存单元数，判断所述索引节点已分配的缓存单元数与所述需要写入数据需要占用缓存单元数的关系，大于则跳转到步骤S1.2；等于则跳转到步骤S1.4；小于则需要补充分配缓存单元，跳转到步骤S1.3；

S1.2.释放多余的已分配的缓存单元，跳转到步骤S1.5；

S1.3.判断所述缓存中的空闲缓存单元是否满足分配，是则分配缓存单元，并修改缓存单元对应的状态索引，跳转到步骤S1.4，否则缓存不足，退出重写步骤；

S1.4.重新分配结束，执行所述将所需要写入的数据写缓存单元的步骤。