CN106547619B - 多用户存储管理方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种多用户存储管理方法和系统，该方法包括：处理单元将磁盘应用程序文件映像到内存中，确定内存映像文件中经常调用指令和数据的地址空间；处理单元将常用指令和数据地址空间的权限设为可以被高级缓存属性；锁定单元分别锁定对上述常用指令进行缓存的高级指令缓存单元和对上述常用数据进行缓存的高级数据缓存单元；系统包括映像单元、处理单元、高级数据缓存单元、高级指令缓存单元以及锁定单元；实施本发明所述的一种多用户存储方法和系统，加速文件I/O操作，减少了内核缓冲，提高了磁盘访问的速度；高速缓存被永久缓存，减少了进程中的读写操作，提高了CPU的处理效率，大大降低了系统的开销。

Description

多用户存储管理方法和系统
技术领域
本发明涉及计算机存储技术领域，更具体地说，涉及一种嵌入式的多用户系统的存储管理方法和系统。
背景技术
缓存有buffer和高级缓存两种，buffer是由各种进程分配的，被用在如输入队列等方面，一个简单的例子如某个进程要求有多个字段读入，在所有字段被读入完整之前，进程把先前读入的字段放在buffer中保存。高级缓存经常被用在磁盘的I/O请求上，如果有多个进程都要访问某个文件，于是该文件便被做成高级缓存以方便下次被访问，这样可提供系统性能。
高级缓存高速缓冲存储器一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁使用的数据以利于快速访问。存储器的高速缓冲存储器存储了频繁访问的RAM位置的内容及这些数据项的存储地址。当处理器引用存储器中的某地址时，高速缓冲存储器便检查是否存有该地址。如果存有该地址，则将数据返回处理器；如果没有保存该地址，则进行常规的存储器访问。因为高速缓冲存储器总是比主RAM存储器速度快，所以当RAM的访问速度低于微处理器的速度时，常使用高速缓冲存储器。由于高级缓存的存取速率相当快，使得CPU的利用率大大提高，进而使整个系统的性能得以提升。
但是嵌入式的多任务、多用户系统在多进程并发执行时会不断地快速切换进程，每次切换都要采用新的进入执行态进程的页表，这样就需要频繁地清除高级缓存和TLB，并重新从内存320中装载数据，增加了许多开销。
发明内容
针对嵌入式系统在多进程并发执行时会不断地快速切换进程，每次切换都要采用新的进入执行态进程的页表，造成开销增加的问题，提出一种存储管理方法和系统，通过快速切换进程和把常用的程序锁定在高级缓存中，大减少进程执行过程中或共享过程中的开销。
一种多用户存储管理方法，适用于嵌入式的多用户系统内存管理，该方法包括以下步骤：
(A)处理单元将磁盘应用程序文件映像到内存中，确定内存映像文件中经常调用指令和数据的地址空间；
(B)处理单元将常用指令和数据地址空间的权限设为可以被高级缓存属性；及
(C)锁定单元分别锁定对上述常用指令进行缓存的高级指令缓存单元和对上述常用数据进行缓存的高级数据缓存单元。
所述处理单元用于设定处理系统内存中应用程序中的特定的地址空间的权限以及确定将要被锁定的指令或数据的地址空间；
所述高级指令缓存单元用于缓存将要被锁定的应用程序中的指令部分；
所述高级数据缓存单元用于缓存将要被锁定的应用程序中的数据部分。
优选地，步骤(C)包括检查高级指令缓存单元的步骤(C-1)：处理单元检查指令高级缓存是否过载，若过载，则经过异常处理后，结束锁定；
及
检查数据高级缓存的步骤(C-2)：处理单元检查数据高级缓存是否过载，若过载，则经过异常处理后，结束锁定。
如上所述的一种多用户存储管理方法，所述高级指令缓存单元用于对根据应用程序的存储地址将经常使用的指令进行缓存。
如上所述的一种多用户存储管理方法，所述高级数据缓存单元用于对根据应用程序的存储地址将经常使用的数据进行缓存。
如上所述的方法对应的多用户存储管理系统，包括映像单元、处理单元、高级数据缓存单元、高级指令缓存单元以及锁定单元；
处理单元：用于指定内存的锁定区域和解锁区域，检查高级数据缓存单元和高级指令缓存单元是否过载；
高级指令缓存单元：用于缓存将要被锁定的应用程序中的指令部分；
高级数据缓存单元：用于缓存将要被锁定的应用程序中的数据部分；
锁定单元：将已经缓存了数据或指令的高级数据缓存单元或高级指令缓存单元进行锁定；
所述多用户存储管理系统还包括用于对系统内存进行初始化，对高级数据缓存单元和高级指令缓存单元清零的初始化单元、用于存储磁盘应用程序映像文件的内存以及磁盘应用文件。
如上所述的多用户存储管理系统，其特征在于，所述内存分别与所述映像单元、初始化单元以及处理单元连接，所述高级数据缓存单元以及高级指令缓存单元连接在所述处理单元与所述锁定单元的中间。
实施本发明所述的一种多用户存储方法和系统，加速文件I/O操作，减少了内核缓冲，提高了磁盘访问的速度；将重复调用的指令和数据，多个进程需要访问同样的数据或者指令，将这些数据和指令保存在高速缓存中，而且高速缓存单元能够想任何进程独立地提供数据，指令或者数表，大大加速了处理速度；同时，高速缓存被永久缓存，减少了进程中的读写操作，提高了CPU的处理效率，大大降低了系统的开销。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明中映像文件存储管理方法实施例的流程示意图；
图2是本发明中映像文件存储管理方法实施例的流程图；
图3是本发明中本发明中映像文件存储管理系统实施例的逻辑组成示意图。
具体实施方式
buffer是由各种进程分配的，被用在如输入队列等方面，一个简单的例子如某个进程要求有多个字段读入，在所有字段被读入完整之前，进程把先前读入的字段放在buffer中保存。高级缓存经常被用在磁盘的I/O请求上，如果有多个进程都要访问某个文件，于是该文件便被做成高级缓存以方便下次被访问，这样可提供系统性能。
高级缓存高速缓冲存储器一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁使用的数据以利于快速访问。存储器的高速缓冲存储器存储了频繁访问的RAM位置的内容及这些数据项的存储地址。当处理器引用存储器中的某地址时，高速缓冲存储器便检查是否存有该地址。如果存有该地址，则将数据返回处理器；如果没有保存该地址，则进行常规的存储器访问。因为高速缓冲存储器总是比主RAM存储器速度快，所以当RAM的访问速度低于微处理器的速度时，常使用高速缓冲存储器。由于高级缓存的存取速率相当快，使得CPU的利用率大大提高，进而使整个系统的性能得以提升。
但是嵌入式系的多任务、多用户系统在多进程并发执行时会不断地快速切换进程，每次切换都要采用新的进入执行态进程的页表，这样就需要频繁地清除高级缓存和TLB，并重新从内存320中装载数据，增加了许多开销。
本发明要解决的问题是：嵌入式的多任务、多用户系统在多进程并发执行时会不断地快速切换进程，每次切换都要采用新的进入执行态进程的页表，这样就需要频繁地清除高级缓存和TLB，并重新从内存320中装载数据，增加了许多开销，降低了CPU的处理速度。
本发明提出的技术方案是：针对嵌入式系统在多进程并发执行时会不断地快速切换进程，每次切换都要采用新的进入执行态进程的页表，造成开销增加的问题、处理速度变慢的问题，提出一种存储管理方法和系统，通过快速切换进程和把常用的程序锁定在高级缓存中，大减少进程执行过程中或共享过程中的开销，提高了CPU的处理速度，系统包括初始化单元310、映像单元330、内存320、处理单元350、高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370以及锁定单元380，初始化单元310将高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370的数据清除，为存入指令和数据做准备，映像单元330将磁盘中的应用程序文件映像到内存320中，使内存320映像文件与磁盘文件建立逐字节对应的关系，处理单元350是本发明中的映像文件管理系统的关键组成部分，它将内存320映像文件中常用的指令和数据对应的区域设置成可被高级缓存属性，确定可被高级缓存指令和数据在内存320中的地址，利用高级数据缓存单元360和高级指令缓存单元370进行缓存，高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370分别用于缓存数据和指令，锁定单元380将内存320中的高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370进行锁定，用于在多进程、多用户调用该部分指令或数据时，直接调用高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370中的数据和指令，不用在内核中缓冲，也不用对内存320进行读写操作，高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370的处理速度快，在数据量大的情况下，大大减少处理器的数量，提高CPU处理速度，降低了开销。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。下面将结合参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
在方法的实施例中，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机课执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示或所描述的步骤。
方法实施例
图1是本发明中映像文件存储管理方法实施例的流程示意图，请参考图1，一种映像文件存储管理方法，适用于嵌入式系统内存320管理，该方法包括以下步骤：
S1、处理单元350将磁盘应用程序文件映像到内存320中，确定内存320映像文件中经常调用指令和数据的地址空间；
嵌入式系统中允许任何进程把一个磁盘文件映像到内存320中，在磁盘文件和它在内存320中的映像间创建逐字节的对应关系。使用映像文件可以加速文件I/O操作。普通的I/O调用，比如系统调用读和写或者库调用输入和输出，通过内核缓冲读出或写入数据，虽然嵌入式系统具有一套快速而先进的磁盘缓冲算法，但是最快的磁盘访问也是比最慢的内存320映像文件访问还要慢。内存320映像文件上的I/O操作跳过了内核缓冲，速度要快很多。在内存320映像文件上执行操作也比较简单。因为要将常用的指令和数据进行高级缓存，需要首先在内存320中分配一定的空间，分配给高级数据缓存单元360和高级指令缓存单元370。
S2、处理单元350将常用指令和数据地址空间的权限设为可以被高级缓存属性；
分配好内存320空间后，还需要设定该空间的可高级缓冲属性，以便进行数据和指令的高级缓存。由于高级指令缓存单元370只是读出指令，控制上比高级数据缓存单元360要简单许多。所以高级指令缓存单元370的设计完全可以参考高级数据缓存单元360的设计。
S3、锁定单元380分别锁定对上述常用指令进行缓存的高级指令缓存单元370和对上述常用数据进行缓存的高级数据缓存单元360。
使用高级缓存的目的就是为了共享数据，提高CPU的处理速度，如果多个进程需要访问同样的数据，这些数据可以保存在高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370中，让所有的进程都能访问它。作为一种高效的共享内存320模型，高级缓存能够向任何进程独立地提供数据访问，并内存320中的内容保存在一个磁盘文件中。
高级指令缓存单元370用于缓存将要被锁定的应用程序中的指令部分，高级数据缓存单元360用于缓存将要被锁定的应用程序中的数据部分。
在高级指令缓存单元370中存储有微处理器需要的指令，在微处理器的取指阶段，通过程序计数器PC提供给高级指令缓存单元370的地址，微处理器可以获取需要的指令。而高级数据缓存单元360则是作为一个数据的存储，并提供对于Load/Store指令所要操作地址的数据，它地址则来自于ALU(Arithmetic Logic Unit)运算的结果。
图2是本发明中映像文件存储管理方法实施例的执行流程示意图；请参考图2，1、映像单元将磁盘中应用程序中映像到内存中；2、处理单元确定内存中的映像文件中的常用的指令和数据；3、处理单元将内存映像文件中常用的指令和数据对应的区域设置成可被高级缓存属性；4、处理单元确定可被高级缓存指令和数据在内存中的地址，利用高级数据缓存单元和高级指令缓存单元进行缓存；5、检查高级数据缓存单元和高级指令缓存单元是否过载；6、锁定单元对高级数据缓存单元和高级指令缓存单元进行锁定。
如上的一种存储管理方法，高级指令缓存单元370根据应用程序的存储地址将经常使用的指令缓存到高级指令缓存单元370；高级数据缓存单元360根据应用程序的存储地址将经常使用的数据缓存到高级数据缓存单元360。
系统实施例
图3是本发明中本发明中映像文件存储管理系统实施例的逻辑组成示意图，请参考图3，映像文件存储管理系统，包括初始化单元310、映像单元330330、磁盘应用文340件、处理单元350、高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370以及锁定单元380；初始化单元310：用于对系统内存320进行初始化，对高级数据缓存单元360和高级指令缓存单元370清零；映像单元330，用以将磁盘中的应用程序文件映像到内存320中，使内存320映像文件与磁盘文件建立逐字节对应的关系；处理单元350：用于指定内存320的锁定区域和解锁区域，检查高级数据缓存单元360和高级指令缓存单元370是否过载；高级指令缓存单元370：用于缓存将要被锁定的应用程序中的指令部分；高级数据缓存单元360：用于缓存将要被锁定的应用程序中的数据部分；锁定单元380：将已经缓存了数据或指令的高级数据缓存单元360或高级指令缓存单元370进行锁定；异常处理单元350：对于发生过载的高级数据缓存单元360或高级指令缓存单元370进行异常处理。存储管理系统还包括用于存储磁盘应用程序映像文件的内存320。
内存320分别与映像单元330、初始化单元310以及处理单元350连接，高级数据缓存单元360以及高级指令缓存单元370连接在处理单元350与锁定单元380的中间。
初始化单元310、映像单元330、内存320、处理单元350、高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370以及锁定单元380，初始化单元310将高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370的数据清除，为存入指令和数据做准备，映像单元330将磁盘中的应用程序文件340映像到内存320中，使内存320映像文件与磁盘文件建立逐字节对应的关系，处理单元350是本发明中的映像文件管理系统的关键组成部分，它将内存320映像文件中常用的指令和数据对应的区域设置成可被高级缓存属性，确定可被高级缓存指令和数据在内存320中的地址，利用高级数据缓存单元360和高级指令缓存单元370进行缓存，高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370分别用于缓存数据和指令，锁定单元380将内存320中的高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370进行锁定，用于在多进程、多用户调用该部分指令或数据时，直接调用高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370中的数据和指令，不用在内核中缓冲，也不用对内存320进行读写操作，高级数据缓存单元360、高级指令缓存单元370的处理速度快，在数据量大的情况下，大大减少处理器的数量，提高CPU处理速度，降低了开销。
实施本发明的一种多用户340存储方法和系统，加速文件I/O操作，减少了内核缓冲，提高了磁盘访问的速度；将重复调用的指令和数据，多个进程需要访问同样的数据或者指令，将这些数据和指令保存在高速缓存中，而且高速缓存单元能够想任何进程独立地提供数据，指令或者数表，大大加速了处理速度；同时，高速缓存被永久缓存，减少了进程中的读写操作，提高了CPU的处理效率，大大降低了系统的开销。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种多用户存储管理方法，适用于嵌入式的多用户系统内存管理，该方法包括以下步骤：
（A）处理单元（350）将磁盘应用程序文件映像到内存（320）中，确定内存（320）应用程序映像文件中经常调用指令和数据的地址空间；映像单元（330）将磁盘中的应用程序文件映像到内存（320）中，使内存（320）应用程序映像文件与磁盘文件建立逐字节对应的关系；
（B）处理单元（350）将常用指令和数据地址空间的权限设为可以被高级缓存属性；处理单元（350）用于指定内存（320）的锁定区域和解锁区域；及
（C）锁定单元（380）分别锁定对上述常用指令进行缓存的高级指令缓存单元（370）和对上述常用数据进行缓存的高级数据缓存单元（360）；
所述处理单元（350）用于设定处理系统内存（320）中应用程序中的特定的地址空间的权限以及确定将要被锁定的指令或数据的地址空间；所述处理单元（350）将内存（320）应用程序映像文件中常用的指令和数据对应的区域设置成可被高级缓存属性，确定可被高级缓存指令和数据在内存（320）中的地址，利用高级数据缓存单元（360）和高级指令缓存单元（370）进行缓存；初始化单元（310）将高级数据缓存单元（360）、高级指令缓存单元（370）的数据清除，为存入指令和数据做准备；
所述高级指令缓存单元（370）用于缓存将要被锁定的应用程序中的指令部分；
所述高级数据缓存单元（360）用于缓存将要被锁定的应用程序中的数据部分；
步骤（C）包括检查高级指令缓存单元（370）的步骤（C-1）：处理单元（350）检查指令高级缓存是否过载，若过载，则经过异常处理后，结束锁定；
步骤（C）还包括检查数据高级缓存的步骤（C-2）：处理单元（350）检查数据高级缓存是否过载，若过载，则经过异常处理后，结束锁定；
所述多用户存储管理系统还包括磁盘应用文件（340）。
2.如权利要求1所述的一种多用户存储管理方法，其特征在于，所述高级指令缓存单元（370）用于对根据应用程序的存储地址将经常使用的指令进行缓存。
3.如权利要求1所述的一种多用户存储管理方法，其特征在于，所述高级数据缓存单元（360）用于对根据应用程序的存储地址将经常使用的数据进行缓存。
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