CN109213445A - 一种存储系统元数据的管理方法、管理系统及相关装置 - Google Patents

一种存储系统元数据的管理方法、管理系统及相关装置 Download PDF

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Abstract

本申请所提供的一种存储系统元数据的管理方法，包括：当内存中第一B+树下刷至磁盘时，遍历第一B+树和磁盘中第二B+树的所有叶子节点，生成有序数列；根据有序数列生成合并树；利用合并树对元数据进行组织管理。本申请在当元数据在内存中的B+树需要下刷时，只需磁盘进行合并，并且仅仅遍历2个B+树一遍，然后组成有序数列，再利用有序数列即可完成新树的生成，避免频繁单个插入节点带来的大量读写磁盘操作，对于内存和磁盘中元数据的管理更加便捷。本申请还提供一种存储系统元数据的管理系统，一种计算机可读存储介质和一种存储设备，具有上述有益效果。

Description

一种存储系统元数据的管理方法、管理系统及相关装置
技术领域
本申请涉及存储设备领域，特别涉及一种存储系统元数据的管理方法、管理系统，一种计算机可读存储介质和一种存储设备。
背景技术
在大数据时代，海量数据的存储需要文件系统的支持，文件系统的元数据性能成为影响文件访问性能的关键。为了保证存储性能，一种存储系统元数据组织与管理方法是元数据在内存磁盘中都以B+树形式组织，内存中B+树作为磁盘B+树的增量。当内存中B+树达到一定阈值时则需要下刷到磁盘，以便释放内存资源用于保存新的增量数据。传统的方案是将内存B+树的每一个entry逐个插入到磁盘B+树中，完成整个B+树的合并，但是整个插入过程涉及大量的磁盘读写操作，严重影响存储系统的性能。
因此如何提高存储系统中元数据的存储管理效率是本领域人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种存储系统元数据的管理方法、管理系统，一种计算机可读存储介质和一种存储设备，解决存储系统中元数据的存储管理效率低下的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供一种存储系统元数据的管理方法，具体技术方案如下：
当内存中第一B+树下刷至磁盘时，遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，生成有序数列；
根据所述有序数列生成合并树；
利用所述合并树对所述元数据进行组织管理。
其中，利用所述合并树对所述元数据进行组织管理之后，还包括：
分别释放所述第一B+树和所述第二B+树。
其中，分别释放所述第一B+树和所述第二B+树包括：
采用遍历释放资源的方式释放所述第一B+树；
采用Bitmap标识无效的方式释放所述第二B+树。
其中，遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，生成有序数列包括：
遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，确定最小Key值；
根据所述最小Key值的大小生成有序数列。
其中，根据所述有序数列生成合并树包括：
根据所述有序数列反向生成合并树。
其中，根据所述有序数列反向生成合并树包括：
根据所述有序数列生成新叶子节点；
由所述新叶子节点生成上一级节点，直至生成根节点时完成合并树的生成。
本申请还提供一种存储系统元数据的管理系统，包括：
遍历模块，用于当内存中第一B+树下刷至磁盘时，遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，生成有序数列；
合并模块，用于根据所述有序数列生成合并树；
管理模块，用于利用所述合并树对所述元数据进行组织管理。
其中，还包括：
释放模块，用于分别释放所述第一B+树和所述第二B+树。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的管理方法的步骤。
本申请还提供一种存储设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如上所述的管理方法的步骤。
本申请所提供的一种存储系统元数据的管理方法，包括：当内存中第一B+树下刷至磁盘时，遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，生成有序数列；根据所述有序数列生成合并树；利用所述合并树对所述元数据进行组织管理。
本申请在内存中B+树需要下刷到磁盘时，通过采用遍历两个树的所有叶子结点，合并组成一个有序数列，然后根据有序数列生成B+树的方法，而不是使用B+树的逐个插入操作完成新树生成。由于元数据在内存中以B+树形式存在，可以实现内存快速查找，满足读取性能。内存中查找不到则去磁盘上查找元数据。当元数据在内存中的B+树需要下刷时，只需磁盘进行合并，并且仅仅遍历2个B+树一遍，然后组成有序数列，再利用有序数列即可完成新树的生成，避免频繁单个插入节点带来的大量读写磁盘操作，对于内存和磁盘中元数据的管理更加便捷。本申请还提供一种存储系统元数据的管理系统，一种计算机可读存储介质和一种存储设备，具有上述有益效果，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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为本申请实施例所提供的一种存储系统元数据的管理方法的流程图；
图2为本申请实施例所提供的另一种存储系统元数据的管理方法的流程图；
图3为本申请实施例所提供的一种存储系统元数据的管理系统结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种存储系统元数据的管理方法的流程图，该管理方法包括：
S101：当内存中第一B+树下刷至磁盘时，遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，生成有序数列；
元数据在内存、磁盘中均以B+树形式组织，内存中B+树即第一B+树作为磁盘B+树(即第二B+树)的增量，IO到达元数据模块将k-v插入到B+树(包括第一B+树和第二B+树)中。k-v是指key-value，一种数据库类型，根据key值，通过一种数据结构查询到Value值，这里的数据结构就是B+树。也就是说，B+树保存的是key-value的映射关系，key值的是用户写的逻辑地址，value指的是实际磁盘的地址。
本步骤旨在当内存中的第一B+树下刷至磁盘时，对第一B+树和第二B+树进行遍历，而对于具体满足何种条件时第一B+树才会下刷至磁盘不作限定。通常，当内存中第一B+树达到一定阈值时则需要将内存中的B+树下刷到磁盘，这里对阈值大小并不作限定。
遍历两个B+树的目的是生成有序数列。上文已说明，B+树保存的是key-value的映射关系。因此可以利用Key值生成有序数列。具体的，可以遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，先确定最小Key值；再根据所述最小Key值的大小生成有序数列。
具体的，两个B+树每一个节点都可以获取出一个最小值，然后取这两个最小值的更小值作为有序数列中的元素。有序数列就是通过每一次的获取的更小值排序的，排序顺序是根据key的大小而定。
S102：根据所述有序数列生成合并树；
在步骤S101中得到有序数列后，本步骤即可根据有序数列生成合并树。需要说明的是，这里的合并树指的是最终的B+树。现有技术中，通过将第一B+树的每一个entry插入至第二B+树，最终也可以实现第一B+树和第二B+树的合并。但在插入过程中涉及大量的磁盘读写操作，涉及大量的节点分解和转移操作，严重影响存储系统的性能。而本申请的申请并不涉及B+树的插入操作，经由S101得到有序数列后，直接根据有序数列生成合并树，相当于重新生成了一个B+树。
通常，根据有序数列反向生成合并树，即B+树元素自底向上插入。生成合并树时，先根据所述有序数列生成新叶子节点；再由所述新叶子节点生成上一级节点，直至生成根节点时完成合并树的生成。
具体而言，先根据有序数列进行组装叶子节点，往根节点方向逐级生成，即先产生叶子节点，叶子节点到达一定数目后往上产生上一级节点，直到产生根节点则认为B+树生成完成。产生根节点的条件是第一B+树遍历完成，第二B+树也遍历完成(即叶子节点全部产生)，本级节点最终数目只有一个，且下一级节点全部生成，则认为该单个节点就是为最终的根节点，合并树完成。
需要说明的是，上下级节点的数据关系与B+树节点保存k-v值个数有关，在此不作具体限定。比如一个节点大小是8KB，每个key-value大小是16字节，那么每一个节点能保存512个key-value，第一级包含512个二级节点，每一个二级节点包含512个三级节点，依次类推。
S103：利用所述合并树对所述元数据进行组织管理。
生成合并树后，利用该合并树代替原先的第二B+树。若是此后第一B+树再次需要下刷至磁盘时，将合并树作为第二B+树，重复上述步骤，即可反复实现元数据的组织和管理。
本实施例在内存中B+树需要下刷到磁盘时，通过采用遍历两个树的所有叶子结点，合并组成一个有序数列，然后根据有序数列生成B+树的方法，而不是使用B+树的逐个插入操作完成新树生成。由于元数据在内存中以B+树形式存在，可以实现内存快速查找，满足读取性能。内存中查找不到则去磁盘上查找元数据。当元数据在内存中的B+树需要下刷时，只需磁盘进行合并，并且仅仅遍历2个B+树一遍，然后组成有序数列，再利用有序数列即可完成新树的生成，避免频繁单个插入节点带来的大量读写磁盘操作，对于内存和磁盘中元数据的管理更加便捷。
参见图2，图2为本申请实施例所提供的另一种存储系统元数据的管理方法的流程图。基于上述实施例，作为优选的实施例，步骤S103之后，还可以包括：
S104：分别释放所述第一B+树和所述第二B+树。
在生成合并树之后，第一B+树和第二B+树均可以释放，在此对于二者的释放方式均不作限定，可以相同，也可以不同。例如采用遍历释放资源的方式释放所述第一B+树，采用Bitmap标识无效的方式释放所述第二B+树。当然还可以存在其他的释放方式，例如直接对元数据进行回收管理等等，在此不一一举例说明。
下面对本申请实施例提供的一种存储系统元数据的管理系统进行介绍，下文描述的管理系统与上文描述的管理方法可相互对应参照。
参见图3，图3为本申请实施例所提供的一种存储系统元数据的管理系统结构示意图，本申请还提供一种存储系统元数据的管理系统，包括：
遍历模块100，用于当内存中第一B+树下刷至磁盘时，遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，生成有序数列；
合并模块200，用于根据所述有序数列生成合并树；
管理模块300，用于利用所述合并树对所述元数据进行组织管理。
基于上述实施例，作为优选的实施例，该管理系统还可以包括：
释放模块，用于分别释放所述第一B+树和所述第二B+树。
更进一步的，释放模块可以包括：
第一释放单元，用于采用遍历释放资源的方式释放所述第一B+树；
第二释放单元，用于采用Bitmap标识无效的方式释放所述第二B+树。
基于上述实施例，作为优选的实施例，遍历模块100可以包括：
遍历单元，用于遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，确定最小Key值；
第一生成单元，用于根据所述最小Key值的大小生成有序数列。
基于上述实施例，作为优选的实施例，合并模块200可以为根据所述有序数列反向生成合并树的模块。
更进一步的，合并模块200可以包括：
第二生成单元，用于根据所述有序数列生成新叶子节点；
第三生成单元，用于由所述新叶子节点生成上一级节点，直至生成根节点时完成合并树的生成。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的一种存储系统元数据的管理方法的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请还提供了一种存储设备，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的一种存储系统元数据的管理方法的步骤。当然所述存储设备还可以包括各种网络接口，电源等组件。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本申请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申请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，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种存储系统元数据的管理方法，其特征在于，包括：
当内存中第一B+树下刷至磁盘时，遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，生成有序数列；
根据所述有序数列生成合并树；
利用所述合并树对所述元数据进行组织管理。
2.根据权利要求1所述的管理方法，其特征在于，利用所述合并树对所述元数据进行组织管理之后，还包括：
分别释放所述第一B+树和所述第二B+树。
3.根据权利要求2所述的管理方法，其特征在于，分别释放所述第一B+树和所述第二B+树包括：
采用遍历释放资源的方式释放所述第一B+树；
采用Bitmap标识无效的方式释放所述第二B+树。
4.根据权利要求1所述的管理方法，其特征在于，遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，生成有序数列包括：
遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，确定最小Key值；
根据所述最小Key值的大小生成有序数列。
5.根据权利要求1所述的管理方法，其特征在于，根据所述有序数列生成合并树包括：
根据所述有序数列反向生成合并树。
6.根据权利要求5所述的管理方法，其特征在于，根据所述有序数列反向生成合并树包括：
根据所述有序数列生成新叶子节点；
由所述新叶子节点生成上一级节点，直至生成根节点时完成合并树的生成。
7.一种存储系统元数据的管理系统，其特征在于，包括：
遍历模块，用于当内存中第一B+树下刷至磁盘时，遍历所述第一B+树和所述磁盘中第二B+树的所有叶子节点，生成有序数列；
合并模块，用于根据所述有序数列生成合并树；
管理模块，用于利用所述合并树对所述元数据进行组织管理。
8.根据权利要求7所述的管理系统，其特征在于，还包括：
释放模块，用于分别释放所述第一B+树和所述第二B+树。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的管理方法的步骤。
10.一种存储设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述的管理方法的步骤。
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