CN108763531B - 一种mdvr文件存储系统及其运行方法 - Google Patents

一种mdvr文件存储系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种MDVR文件存储系统，包括：磁盘格式化模块，用于创建与磁盘格式化以及磁盘信息相关的数据结构文件，并建立不同的数据结构；对空白磁盘或者已有文件系统的磁盘进行重新分区并且格式化操作，再对磁盘剩余空间进行文件预分配操作；文件索引管理模块，用于创建每一分区的索引文件结构，对外提供信息获取接口；数据写入模块，用于创建数据写入接口和数据写入相关的结构体；数据读取模块，用于创建多通道读取模式的读取数据接口，使每个通道具有一个单独的数据读取对象；对外提供数据打开读取接口和数据获取接口。本发明技术方案旨在解决原有系统大量数据写入时写入效率低下，以及解决高效写入数据的时磁盘容易损坏的问题。

Description

一种MDVR文件存储系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及系统存储技术领域，特别涉及一种MDVR文件存储系统及其运行方法。
背景技术
目前市场主流产品采用的储存方式分为两大类，第一类在磁盘上部署传统文件系统(例如FAT32 EXT2 EXT3 EXT4等)上按普通文件方式存储，并添加简单搜索索引。第二类是特有的文件系统部署在磁盘，特有的文件系统根据自己的多媒体数据特点研发定制，满足用户的存储要求。
采用传统文件系统时，没有多媒体文件做特殊处理，写入效率比较低，多次循坏覆盖后产生较多的磁盘碎片，多次异常断电的情况下可能会导致文件系统损坏导致录像数据丢失。并且长时间读取会导致一些扇区的数据频繁读写，可能会缩短磁盘寿命，损坏磁盘。
根据要求自己研发的文件系统，系统设计研发测试投入较大，需要长时间的研发和测试才能稳定运行，无法做到像标准文件系统在多种操作系统中直接读数据。
因此，针对上述问题有必要提出一种新的技术方案。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种MDVR文件存储系统及其运行方法，旨在解决原有系统大量数据写入的时候写入效率低下的问题，以及解决高效写入数据的时候磁盘容易损坏的问题。
为实现上述目的，本发明提出的一种MDVR文件存储系统，包括：
磁盘格式化模块，用于创建与磁盘格式化以及磁盘信息相关的数据结构文件，并建立不同的数据结构；对空白磁盘或者已有文件系统的磁盘进行重新分区并且格式化操作，再对磁盘剩余空间进行文件预分配操作；
文件索引管理模块、用于创建每一分区的索引文件结构，并把每一分区的索引信息读入内存，统一管理，对外提供信息获取接口；
数据写入模块，用于创建数据写入接口和数据写入相关的结构体，并重新定义磁盘的写入方式，使其使用特定的操作接口；
数据读取模块，用于创建多通道读取模式的读取数据接口，使每个通道具有一个单独的数据读取对象；对外提供数据打开读取接口和数据获取接口，并通过数据打开读取接口和数据获取接口从外部调用可以读取到指定通道和指定时间的录像数据。
本发明还提出一种MDVR文件存储系统的运行方法，包括如下步骤：
S1、通过磁盘格式化模块来创建与磁盘格式化以及磁盘信息相关的数据结构文件，并建立不同的数据结构；对空白磁盘或者已有文件系统的磁盘进行重新分区并且格式化操作，再对磁盘剩余空间进行文件预分配操作；
S2、通过文件索引管理模块来创建每一分区的索引文件结构，并把每一分区的索引信息读入内存，统一管理，对外提供信息获取接口；
S3、通过数据写入模块来创建数据写入接口和数据写入相关的结构体，并重新定义磁盘的写入方式，使其使用特定的操作接口；
S4、通过数据读取模块来创建多通道读取模式的读取数据接口，使每个通道具有一个单独的数据读取对象；对外提供数据打开读取接口和数据获取接口，通过这些接口外部调用可以读取到指定通道和指定时间的录像数据。
优选地，所述分区的索引信息包括：该分区文件总数，该分区被使用的文件，每一文件的开始结束时间，每一文件所属视频通道，每一文件中多段事件的开始结束时间和事件类型信息。
优选地，所述分区的索引文件结构由索引文件头部总信息、文件信息索引数据区域和录像时间段数据区域组成；其中，
所述索引文件头部总信息包括：视频通道总数、分区文件总数、每个录像文件的时间段总数、每个文件的事件总数、文件信息索引数据在索引文件的偏移地址值、录像时间段数据信息在索引文件中的偏移地址值和录像事件数据在索引文件中的偏移地址值；
所述文件信息索引数据区域由多个文件索引数据结构组成；每一所述文件索引数据结构包括：录像文件包含的所有事件类型、通道号、开始和结束事件、文件状态；
所述录像时间段数据区域由多个文件的多个时间段数据结构组成；每一所述时间段数据结构包括：开始时间，结束时间。
优选地，所述信息获取接口包括：文件搜索接口，用于获取录像文件信息；时间段搜索接口，用于获取录像数据时间段；事件类型搜索接口，用于获取录像报警事件类型和时间；以及删除文件接口、修改文件信息接口和初始化接口；所述初始化接口包括模块初始化和分区索引文件初始化。
优选地，所述写入方式包括以下步骤：
S31、读取文件所在分区的设备节点，计算出目录区所在的数据簇；
S32、读取目录区数据簇，轮训获取录像文件在目录区的文件信息；
S33、在偏移分区节点位置直接调用硬盘读写驱动接口写入数据；首先预算簇策，提前规划好下一个要写入数据的簇，节约寻簇时间；然后，不满一个扇区的数据是存在缓冲中的；最后不更新目录区和FAT表区数据内容。
优选地，所述数据读取对象包括：打开文件的接口、关闭文件的接口和在文件中定位的时间对应的帧位置的接口、读取位置偏移的接口和读取数据功能的接口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：解决了大量数据写入磁盘效率低下并容易损坏磁盘固定区域问题。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明中MDVR文件存储系统的结构示意图；
图2为本发明中磁盘格式化模块的设计流程示意图；
图3为本发明中文件索引管理模块的设计流程图；
图4为本发明中数据写入模块的设计流程图；
图5为现有技术的数据写入流程图；
图6为现有技术的数据写入流程图；
图7为本发明中的数据写入流程图；
图8为本发明中数据读取模块的设计流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
本发明提出了一种MDVR文件存储系统及其运行方法。
本发明实施例中提出的一种MDVR文件存储系统，如图1所示，包括：
磁盘格式化模块，用于创建与磁盘格式化以及磁盘信息相关的数据结构文件，并建立不同的数据结构；对空白磁盘或者已有文件系统的磁盘进行重新分区并且格式化操作，再对磁盘剩余空间进行文件预分配操作；
文件索引管理模块、用于创建每一分区的索引文件结构，并把每一分区的索引信息读入内存，统一管理，对外提供信息获取接口；
数据写入模块，用于创建数据写入接口和数据写入相关的结构体，并重新定义磁盘的写入方式，使其使用特定的操作接口；
数据读取模块，用于创建多通道读取模式的读取数据接口，使每个通道具有一个单独的数据读取对象；对外提供数据打开读取接口和数据获取接口，并通过数据打开读取接口和数据获取接口从外部调用可以读取到指定通道和指定时间的录像数据。
最先工作的是磁盘格式化模块，只有完成磁盘格式化模块中描述的所有步骤才完成磁盘使用准备工作。完成磁盘使用准备工作后才能在磁盘和内存中部署文件索引管理模块，数据写入模块和数据读取模块工作获取所需的文件都是依赖于文件索引管理模块。
本发明技术方案采用磁盘预分配技术，磁盘在格式化的时候就事先分配好所有多媒体存储文件的磁盘地址和构建好目录区信息，解决了大量数据写入磁盘效率低下；采用了新的数据写入技术，高效写入数据并且不更新FAT表和目录区，直接操作磁盘节点读写数据，解决了容易损坏磁盘固定区域的问题。
本发明是实施例中还提出一种MDVR文件存储系统的运行方法，包括如下步骤：
S1、通过磁盘格式化模块来创建与磁盘格式化以及磁盘信息相关的数据结构文件，并建立不同的数据结构；对空白磁盘或者已有文件系统的磁盘进行重新分区并且格式化操作，再对磁盘剩余空间进行文件预分配操作。设计流程如图2所示，其步骤如下：
步骤S11、初始化系统的时候，检测磁盘节点，获取扇区数并计算出磁盘容量。
步骤S12、按需对磁盘进行分区(分区数量可以是1～16个分区)，把分区信息写入磁盘节点前端位置。
步骤S13、分区完毕后对各分区进行格式化，预先构建好文件目录区数据结构信息和FAT表数据结构信息，并将这些信息写入FAT32文件信息所在的区域，完成预分配文件地址操作。
S2、通过文件索引管理模块来创建每一分区的索引文件结构，并把每一分区的索引信息读入内存，统一管理，对外提供信息获取接口；其设计流程如图3所示。
分区的索引信息包括该分区文件总数，该分区被使用的文件，每一文件的开始结束时间，每一文件所属视频通道，每一文件中多段事件的开始结束时间和事件类型信息。
信息获取接口包括：文件搜索接口，用于获取录像文件信息；时间段搜索接口，用于获取录像数据时间段；事件类型搜索接口，用于获取录像报警事件类型和时间；以及删除文件接口、修改文件信息接口和初始化接口；初始化接口包括模块初始化和分区索引文件初始化。
分区索引文件结构由索引文件头部总信息、文件信息索引数据区域和录像时间段数据区域组成；其中，
索引文件头部总信息包括：视频通道总数、分区文件总数、每个录像文件的时间段总数、每个文件的事件总数、文件信息索引数据在索引文件的偏移地址值、录像时间段数据信息在索引文件中的偏移地址值和录像事件数据在索引文件中的偏移地址值；
文件信息索引数据区域由多个文件索引数据结构组成；每一文件索引数据结构包括：录像文件包含的所有事件类型、通道号、开始和结束事件、文件状态；
录像时间段数据区域由多个文件的多个时间段数据结构组成；每一时间段数据结构包括：开始时间，结束时间。
MDVR文件存储系统被挂载使用时，首先在成功后会初始化索引管理模块，告诉索引管理模块整个软件系统的基本信息(磁盘数量、可用分区数量、磁盘的挂在路径、视频通道数量)，然后创建一个空的索引文件链表(该链表成员为分区索引信息结构和分区序号组成的数据结构)。其次读取各个分区的索引文件，把上述索引文件结构描述的信息读入内存，再把每个分区索引信息对应的内存数据结构加入索引管理模块的索引结构链表，实现多分区索引统一管理。这样每次获取文件信息可以通过轮训链表中各个分区的索引文件信息从而获取用户所需的文件信息内容。由于所有信息都是保存在内存中，所以访问的效率是非常高效的。当内存中数据内容发生改变的时候，再把内存数据写入磁盘。
S3、通过数据写入模块来创建数据写入接口和数据写入相关的结构体，并重新定义磁盘的写入方式，使其使用特定的操作接口；其设计流程如图4所示。为了解决磁盘(机械硬盘、SSD硬盘、SD卡)使用寿命问题(高强度写入磁盘会产生固定位置坏块，导致磁盘损坏)，重新定义了磁盘的写入方式，不使用linux系统提供的文件操作接口(open、close、seek、write接口)，该使用自己定义的特定的操作接口(FAT_Open_File、FAT_Close_File、FAT_Modify_Data接口)。
现有技术的数据写入流程如图5和图6所示，此种逻辑下，每次写入数据都会修改文件的信息(例如文件大小、文件的权限、文件的访问时间、文件的最后修改时间)，数据写入是单扇区操作。
当遇到数据不满一个扇区的时，会写入一个扇区数据，下次再写入数据的时先读取此前未写满的半个扇区数据然后填充为一个扇区整的数据再写入扇区地址。每次写入数据时会计算当前簇的位置，当前簇写完还要计算下一簇的位置，这样写入一次数据的时候可能会多次寻簇，并且在此过程中磁头指针可能还会大面积跳动，会占CPU时间和中断，以致大量数据写入的时候此种写入效率不高并且还容易损坏磁盘。
本发明实施例方案中的流程如图7所示，MDVR文件存储系统在数据写入部分做了特殊处理。数据写入部分并未采用文件系统提供的写入接口，而是设计自己特有的写入方式。例如，要写入数据到某个文文件分为几个步骤：
S31、读取该文件所在分区的设备节点，计算出目录区所在的数据簇；
S32、读取目录区数据簇，轮训获取录像文件在目录区的文件信息，例如该文件的开始簇结束簇。
S33、写入数据的时候，偏移分区节点位置直接调用硬盘读写驱动接口高效写入数据。在写入的过程中还有三个操作，一个是预算簇策略，提前规划好下一个要写入数据的簇，节约寻簇时间(单个文件的簇是连续的效率更高)。第二个策略就是不满一个扇区的数据是存在缓冲中的，减少一个读取再写入的操作，减少性能消耗。第三个策略是不更新目录去和FAT表区数据内容，这样能延迟SD卡和SSD磁盘的寿命并且降低文件系统出现异常的概率。
S4、通过数据读取模块来创建多通道读取模式的读取数据接口，使每个通道具有一个单独的数据读取对象；对外提供数据打开读取接口和数据获取接口，通过这些接口外部调用可以读取到指定通道和指定时间的录像数据。
数据读取对象包括：打开文件的接口、关闭文件的接口和在文件中定位的时间对应的帧位置的接口、读取位置偏移的接口和读取数据功能的接口。
操作流程如图8所示，读取文件数据的时候，首先单个通道的数据读取对象进行初始化并打开读取的文件，其次是把单个数据读取对象填充到数据读取模块中的读取对象管理数组。数据读取模块对外提供数据打开读取接口和数据获取接口，通过这些接口外部调用可以读取到指定通道和指定时间的录像数据，并且每次读取的数据帧都是经过所有数据读取对象的时间比较，获取时间最早的一帧数据，这样做的好处是可以同步解码各通道视频并播放。
与现有技术相比，本发明还具有以下有益效果：
1.多媒体大量数据写入效率高，相对改善前的速度提高了近一倍，接近硬盘的实际物理速度。
2.采用了磁盘预分配的方式，当出现意外文件系统损坏的时候，可以通过设计的文件系统恢复机制，找回丢失的多媒体数据。
3.采用的循环覆盖写技术，磁盘写满之后，不必删除文件便可继续覆盖写入数据，避免删除写入数据同时进行，降低磁盘性能。
4.采用创新设计的多媒体数据写入方式，不必实时更新FAT32文件系统的FAT表和目录区，减少了磁盘颗粒的读写次数，大大延长了SD卡和SSD固态硬盘的寿命。
5.该存储系统遵循FAT32文件系统标准，部署该文件系统的磁盘能够方面的在各种操作系统(例如Linux windowns MACOS等)下方面的读取磁盘信息。
6.提供高效的索引和管理方案和数据写入读取方案，可以安全高效简单的管理多媒体数据。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种MDVR文件存储系统，其特征在于，包括：
磁盘格式化模块，用于创建与磁盘格式化以及磁盘信息相关的数据结构文件，并建立不同的数据结构；对空白磁盘或者已有文件系统的磁盘进行重新分区并且格式化操作，再对磁盘剩余空间进行文件预分配操作；
文件索引管理模块，用于创建每一分区的索引文件结构，并把每一分区的索引信息读入内存，统一管理，对外提供信息获取接口；
数据写入模块，用于创建数据写入接口和数据写入相关的结构体，并重新定义磁盘的写入方式，使其使用自己定义的操作接口FAT_Open_File、FAT_Close_File、FAT_Modify_Data接口；
其中，所述写入方式包括以下步骤：
S31、读取文件所在分区的设备节点，计算出目录区所在的数据簇；
S32、读取目录区数据簇，轮训获取录像文件在目录区的文件信息；
S33、在偏移分区节点位置直接调用硬盘读写驱动接口写入数据；首先预算簇策略，提前规划好下一个要写入数据的簇，节约寻簇时间；然后，不满一个扇区的数据是存在缓冲中的；最后不更新目录区和FAT表区数据内容；
数据读取模块，用于创建多通道读取模式的读取数据接口，使每个通道具有一个单独的数据读取对象；对外提供数据打开读取接口和数据获取接口，并通过数据打开读取接口和数据获取接口从外部调用可以读取到指定通道和指定时间的录像数据。
2.一种MDVR文件存储系统的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、通过磁盘格式化模块来创建与磁盘格式化以及磁盘信息相关的数据结构文件，并建立不同的数据结构；对空白磁盘或者已有文件系统的磁盘进行重新分区并且格式化操作，再对磁盘剩余空间进行文件预分配操作；
S2、通过文件索引管理模块来创建每一分区的索引文件结构，并把每一分区的索引信息读入内存，统一管理，对外提供信息获取接口；
S3、通过数据写入模块来创建数据写入接口和数据写入相关的结构体，并重新定义磁盘的写入方式，使用自己定义的操作接口FAT_Open_File、FAT_Close_File、FAT_Modify_Data接口；
在步骤S3中，所述写入方式包括以下步骤：
S31、读取文件所在分区的设备节点，计算出目录区所在的数据簇；
S32、读取目录区数据簇，轮训获取录像文件在目录区的文件信息；
S33、在偏移分区节点位置直接调用硬盘读写驱动接口写入数据；首先预算簇策略，提前规划好下一个要写入数据的簇，节约寻簇时间；然后，不满一个扇区的数据是存在缓冲中的；最后不更新目录区和FAT表区数据内容；
S4、通过数据读取模块来创建多通道读取模式的读取数据接口，使每个通道具有一个单独的数据读取对象；对外提供数据打开读取接口和数据获取接口，通过这些接口外部调用可以读取到指定通道和指定时间的录像数据。
3.如权利要求2所述的MDVR文件存储系统的运行方法，其特征在于，在步骤S2中，所述分区的索引信息包括：该分区文件总数，该分区被使用的文件，每一文件的开始结束时间，每一文件所属视频通道，每一文件中多段事件的开始结束时间和事件类型信息。
4.如权利要求2所述的MDVR文件存储系统的运行方法，其特征在于，在步骤S2中，所述分区的索引文件结构由索引文件头部总信息、文件信息索引数据区域和录像时间段数据区域组成；其中，
所述索引文件头部总信息包括：视频通道总数、分区文件总数、每个录像文件的时间段总数、每个文件的事件总数、文件信息索引数据在索引文件的偏移地址值、录像时间段数据信息在索引文件中的偏移地址值和录像事件数据在索引文件中的偏移地址值；
所述文件信息索引数据区域由多个文件索引数据结构组成；每一所述文件索引数据结构包括：录像文件包含的所有事件类型、通道号、开始和结束事件、文件状态；
所述录像时间段数据区域由多个文件的多个时间段数据结构组成；每一所述时间段数据结构包括：开始时间，结束时间。
5.如权利要求2所述的MDVR文件存储系统的运行方法，其特征在于，在步骤S2中，所述信息获取接口包括：文件搜索接口，用于获取录像文件信息；时间段搜索接口，用于获取录像数据时间段；事件类型搜索接口，用于获取录像报警事件类型和时间；以及删除文件接口、修改文件信息接口和初始化接口；所述初始化接口包括模块初始化和分区索引文件初始化。
6.如权利要求2所述的MDVR文件存储系统的运行方法，其特征在于，在步骤S4中，所述数据读取对象包括：打开文件的接口、关闭文件的接口和在文件中定位的时间对应的帧位置的接口、读取位置偏移的接口和读取数据功能的接口。
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