CN110781099B - 一种硬盘碎片整理方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硬盘碎片整理方法与装置，包括：划分内存空间加载反向页表，反向页表分段，划分硬盘空间加载多个分段；扫描一个分段以获取逻辑地址，读取对应的正向页表以执行对应的碎片整理操作；完成一个分段的扫描继续扫描下一个分段，并且加载一个尚未加载的分段；一个反向页表的所有分段均传输到硬盘空间中则继续分段下一个反向页表，并且加载一个尚未加载的数据页面的反向页表；所有分段均已经被扫描和执行碎片整理后结束碎片整理进程。本发明能够提高反向页表处理速度，缩短反向页表读取时间，提高碎片整理效率。

Description

一种硬盘碎片整理方法与装置
技术领域
本发明涉及数据存储领域，更具体地，特别是指一种硬盘碎片整理方法与装置。
背景技术
由于GC(碎片整理)时需要读取对应源super block(数据块)的反向页表，然后通过其内的LBA(逻辑区块地址)读取L2P(逻辑区块地址到物理区块地址表/正向页表)来判断数据的有效性，从而执行对应的GC读操作，所以反向页表的读取效率直接影响了GC的效率。现有方案是串行读取反向页表，即先读取一个super page(数据页面)的反向页表，该反向页表内被扫描完成后，再读取下一个super page的反向页表。由于反向页表的读取操作包含SSD(固态硬盘)操作和DDR(内存)操作，比较耗时，严重影响了GC效率。
针对现有技术中碎片整理时反向页表处理缓慢的问题，目前尚无有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种硬盘碎片整理方法与装置，能够提高反向页表处理速度，缩短反向页表读取时间，提高碎片整理效率。
基于上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种硬盘碎片整理方法，包括执行以下步骤：
划分内存空间以从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表，在内存空间中将一个反向页表分段，划分硬盘空间以从内存空间加载多个分段；
使用碎片整理进程在硬盘空间中扫描一个分段以获取逻辑地址，根据逻辑地址读取对应的正向页表以执行对应的碎片整理操作；
响应于在硬盘空间中完成一个分段的扫描，而使碎片整理进程在硬盘空间中继续扫描下一个分段，并且将一个尚未加载的分段从内存空间中加载到完成扫描的分段所占据的硬盘空间；
响应于在内存空间中的一个反向页表的所有分段均传输到硬盘空间中，而在内存空间中将下一个反向页表分段，并且将一个尚未加载的数据页面的反向页表从硬盘中加载到传输完毕的反向页表所占据的内存空间；
响应于涉及碎片整理的数据块的所有数据页面的反向页表均已经被加载到内存空间、并且所有分段均已经被扫描和执行碎片整理，而结束碎片整理进程。
在一些实施方式中，从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表包括：将硬盘中涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表按占用空间由小到大排序，并基于排序依次加载到内存空间。
在一些实施方式中，从内存空间加载多个分段包括：将内存空间中的多个分段按占用空间由小到大排序，并基于排序依次加载到硬盘空间。
在一些实施方式中，涉及碎片整理的数据块为多个；
方法还包括：响应于涉及碎片整理的一个数据块的所有数据页面的反向页表均已经被加载到内存空间，而一次性擦除数据块。
在一些实施方式中，结束碎片整理进程包括：释放内存空间和硬盘空间。
本发明实施例的第二方面提供了一种硬盘碎片整理装置，包括：
处理器；和
存储器，存储有处理器可运行的程序代码，程序代码在被运行时执行以下步骤：
划分内存空间以从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表，在内存空间中将一个反向页表分段，划分硬盘空间以从内存空间加载多个分段；
使用碎片整理进程在硬盘空间中扫描一个分段以获取逻辑地址，根据逻辑地址读取对应的正向页表以执行对应的碎片整理操作；
响应于在硬盘空间中完成一个分段的扫描，而使碎片整理进程在硬盘空间中继续扫描下一个分段，并且将一个尚未加载的分段从内存空间中加载到完成扫描的分段所占据的硬盘空间；
响应于在内存空间中的一个反向页表的所有分段均传输到硬盘空间中，而在内存空间中将下一个反向页表分段，并且将一个尚未加载的数据页面的反向页表从硬盘中加载到传输完毕的反向页表所占据的内存空间；
响应于涉及碎片整理的数据块的所有数据页面的反向页表均已经被加载到内存空间、并且所有分段均已经被扫描和执行碎片整理，而结束碎片整理进程。
在一些实施方式中，从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表包括：将硬盘中涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表按占用空间由小到大排序，并基于排序依次加载到内存空间。
在一些实施方式中，从内存空间加载多个分段包括：将内存空间中的多个分段按占用空间由小到大排序，并基于排序依次加载到硬盘空间。
在一些实施方式中，涉及碎片整理的数据块为多个；上述步骤还包括：响应于涉及碎片整理的一个数据块的所有数据页面的反向页表均已经被加载到内存空间，而一次性擦除数据块。
在一些实施方式中，结束碎片整理进程包括：释放内存空间和硬盘空间。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的硬盘碎片整理方法与装置，通过划分内存空间以从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表，在内存空间中将一个反向页表分段，划分硬盘空间以从内存空间加载多个分段；使用碎片整理进程在硬盘空间中扫描一个分段以获取逻辑地址，根据逻辑地址读取对应的正向页表以执行对应的碎片整理操作；响应于在硬盘空间中完成一个分段的扫描，而使碎片整理进程在硬盘空间中继续扫描下一个分段，并且将一个尚未加载的分段从内存空间中加载到完成扫描的分段所占据的硬盘空间；响应于在内存空间中的一个反向页表的所有分段均传输到硬盘空间中，而在内存空间中将下一个反向页表分段，并且将一个尚未加载的数据页面的反向页表从硬盘中加载到传输完毕的反向页表所占据的内存空间；响应于涉及碎片整理的数据块的所有数据页面的反向页表均已经被加载到内存空间、并且所有分段均已经被扫描和执行碎片整理，而结束碎片整理进程的技术方案，能够提高反向页表处理速度，缩短反向页表读取时间，提高碎片整理效率。
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获得其他的附图。
图1为本发明提供的硬盘碎片整理方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种能够提高反向页表处理速度的硬盘碎片整理方法的一个实施例。图1示出的是本发明提供的硬盘碎片整理方法的流程示意图。
所述硬盘碎片整理方法，如图1所示，包括执行以下步骤：
步骤S101：划分内存空间以从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表，在内存空间中将一个反向页表分段，划分硬盘空间以从内存空间加载多个分段；
步骤S103：使用碎片整理进程在硬盘空间中扫描一个分段以获取逻辑地址，根据逻辑地址读取对应的正向页表以执行对应的碎片整理操作；
步骤S105：响应于在硬盘空间中完成一个分段的扫描，而使碎片整理进程在硬盘空间中继续扫描下一个分段，并且将一个尚未加载的分段从内存空间中加载到完成扫描的分段所占据的硬盘空间；
步骤S107：响应于在内存空间中的一个反向页表的所有分段均传输到硬盘空间中，而在内存空间中将下一个反向页表分段，并且将一个尚未加载的数据页面的反向页表从硬盘中加载到传输完毕的反向页表所占据的内存空间；
步骤S109：响应于涉及碎片整理的数据块的所有数据页面的反向页表均已经被加载到内存空间、并且所有分段均已经被扫描和执行碎片整理，而结束碎片整理进程。
本发明实施例通过DDR的多层缓存和SSD的多层缓存相结合的方式，缩短了反向表的读取时间，提高垃圾回收效率。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。所述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
在一些实施方式中，从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表包括：将硬盘中涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表按占用空间由小到大排序，并基于排序依次加载到内存空间。
在一些实施方式中，从内存空间加载多个分段包括：将内存空间中的多个分段按占用空间由小到大排序，并基于排序依次加载到硬盘空间。
在一些实施方式中，涉及碎片整理的数据块为多个；方法还包括：响应于涉及碎片整理的一个数据块的所有数据页面的反向页表均已经被加载到内存空间，而一次性擦除数据块。
在一些实施方式中，结束碎片整理进程包括：同时释放内存空间和硬盘空间。
根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由CPU执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。上述方法步骤以及系统单元也可以利用控制器以及用于存储使得控制器实现上述步骤或单元功能的计算机程序的计算机可读存储介质实现。
下面根据具体实施例进一步阐述本发明的实施方式。
首先开辟若干个(同步读取反向页表的个数，例如5个)的内存空间用于存储若干的反向页表，同时开辟若干个(例如3个)本地硬盘空间，用于临时存储反向页表。
1)选出源super block后，按照super page从小到大的顺序，发出5个super page的反向页表的硬盘读操作，数据存储到对应的内存里。
2)待有一个硬盘读完成后，找到存储其反向页表的内存，将其分成若干段，按照从小到大的顺序，读取3段反向页表到本地硬盘空间。
3)读取到硬盘空间完成后，GC开始扫描对应段的反向表，读取L2P，执行相应的GC读操作。
4)如果该段扫描完，发起内存到硬盘的反向表段读操作到当前硬盘空间，同时检查另外的两个硬盘空间是否已经读取完成，若完成则返回到步骤3。
5)若本次读取的内存反向页表已经完成，则发起下一个super page的反向页表的硬盘空间读到当前内存。同时检查其它的4个反向页表的硬盘空间读是否完成，如完成，则返回到步骤2。
6)若源super block的所以super page的反向页表都已经完成,则结束该superblock反向页表的硬盘空间的读操作。
7)如果反向页表的硬盘空间的读操作已经完成，且内存的反向页表都以按照段的方式读取完，则结束反向表段读操作。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的硬盘碎片整理方法，通过划分内存空间以从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表，在内存空间中将一个反向页表分段，划分硬盘空间以从内存空间加载多个分段；使用碎片整理进程在硬盘空间中扫描一个分段以获取逻辑地址，根据逻辑地址读取对应的正向页表以执行对应的碎片整理操作；响应于在硬盘空间中完成一个分段的扫描，而使碎片整理进程在硬盘空间中继续扫描下一个分段，同时将一个尚未加载的分段从内存空间中加载到完成扫描的分段所占据的硬盘空间；响应于在内存空间中的一个反向页表的所有分段均传输到硬盘空间中，而在内存空间中将下一个反向页表分段，同时将一个尚未加载的数据页面的反向页表从硬盘中加载到传输完毕的反向页表所占据的内存空间；响应于涉及碎片整理的数据块的所有数据页面的反向页表均已经被加载到内存空间、并且所有分段均已经被扫描和执行碎片整理，而结束碎片整理进程的技术方案，能够提高反向页表处理速度，缩短反向页表读取时间，提高碎片整理效率。
需要特别指出的是，上述硬盘碎片整理方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于硬盘碎片整理方法也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种能够提高反向页表处理速度的硬盘碎片整理装置的一个实施例。硬盘碎片整理装置包括：
处理器；和
存储器，存储有处理器可运行的程序代码，程序代码在被运行时执行以下步骤：
划分内存空间以从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表，在内存空间中将一个反向页表分段，划分硬盘空间以从内存空间加载多个分段；
使用碎片整理进程在硬盘空间中扫描一个分段以获取逻辑地址，根据逻辑地址读取对应的正向页表以执行对应的碎片整理操作；
响应于在硬盘空间中完成一个分段的扫描，而使碎片整理进程在硬盘空间中继续扫描下一个分段，同时将一个尚未加载的分段从内存空间中加载到完成扫描的分段所占据的硬盘空间；
响应于在内存空间中的一个反向页表的所有分段均传输到硬盘空间中，而在内存空间中将下一个反向页表分段，同时将一个尚未加载的数据页面的反向页表从硬盘中加载到传输完毕的反向页表所占据的内存空间；
响应于涉及碎片整理的数据块的所有数据页面的反向页表均已经被加载到内存空间、并且所有分段均已经被扫描和执行碎片整理，而结束碎片整理进程。
在一些实施方式中，从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表包括：将硬盘中涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表按占用空间由小到大排序，并基于排序依次加载到内存空间。
在一些实施方式中，从内存空间加载多个分段包括：将内存空间中的多个分段按占用空间由小到大排序，并基于排序依次加载到硬盘空间。
在一些实施方式中，涉及碎片整理的数据块为多个。上述步骤还包括：响应于涉及碎片整理的一个数据块的所有数据页面的反向页表均已经被加载到内存空间，而一次性擦除数据块。
在一些实施方式中，结束碎片整理进程包括：同时释放内存空间和硬盘空间。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的硬盘碎片整理装置，通过划分内存空间以从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表，在内存空间中将一个反向页表分段，划分硬盘空间以从内存空间加载多个分段；使用碎片整理进程在硬盘空间中扫描一个分段以获取逻辑地址，根据逻辑地址读取对应的正向页表以执行对应的碎片整理操作；响应于在硬盘空间中完成一个分段的扫描，而使碎片整理进程在硬盘空间中继续扫描下一个分段，同时将一个尚未加载的分段从内存空间中加载到完成扫描的分段所占据的硬盘空间；响应于在内存空间中的一个反向页表的所有分段均传输到硬盘空间中，而在内存空间中将下一个反向页表分段，同时将一个尚未加载的数据页面的反向页表从硬盘中加载到传输完毕的反向页表所占据的内存空间；响应于涉及碎片整理的数据块的所有数据页面的反向页表均已经被加载到内存空间、并且所有分段均已经被扫描和执行碎片整理，而结束碎片整理进程的技术方案，能够提高反向页表处理速度，缩短反向页表读取时间，提高碎片整理效率。
需要特别指出的是，上述硬盘碎片整理装置的实施例采用了所述硬盘碎片整理方法的实施例来具体说明各模块的工作过程，本领域技术人员能够很容易想到，将这些模块应用到所述硬盘碎片整理方法的其他实施例中。当然，由于所述硬盘碎片整理方法实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于所述硬盘碎片整理装置也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硬盘碎片整理方法，其特征在于，包括依次执行以下步骤：
划分内存空间以从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表，在所述内存空间中将一个所述反向页表分段，划分硬盘空间以从所述内存空间加载多个所述分段；
使用碎片整理进程在所述硬盘空间中扫描一个分段以获取逻辑地址，根据所述逻辑地址读取对应的正向页表以执行对应的碎片整理操作；
响应于在所述硬盘空间中完成一个分段的扫描，而使所述碎片整理进程在所述硬盘空间中继续扫描下一个分段，并且将一个尚未加载的分段从所述内存空间中加载到完成扫描的所述分段所占据的所述硬盘空间；
响应于在所述内存空间中的一个所述反向页表的所有分段均传输到所述硬盘空间中，而在所述内存空间中将下一个所述反向页表分段，并且将一个尚未加载的数据页面的所述反向页表从硬盘中加载到传输完毕的所述反向页表所占据的所述内存空间；
响应于涉及碎片整理的数据块的所有数据页面的所述反向页表均已经被加载到所述内存空间、并且所有所述分段均已经被扫描和执行碎片整理，而结束所述碎片整理进程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表包括：
将硬盘中涉及碎片整理的所述数据块的多个数据页面的所述反向页表按占用空间由小到大排序，并基于所述排序依次加载到所述内存空间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述内存空间加载多个所述分段包括：
将所述内存空间中的多个所述分段按占用空间由小到大排序，并基于所述排序依次加载到所述硬盘空间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，涉及碎片整理的数据块为多个；
还包括：响应于涉及碎片整理的一个所述数据块的所有数据页面的所述反向页表均已经被加载到所述内存空间，而一次性擦除所述数据块。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，结束所述碎片整理进程包括：释放所述内存空间和所述硬盘空间。
6.一种硬盘碎片整理装置，其特征在于，包括：
处理器；和
存储器，存储有处理器可运行的程序代码，所述程序代码在被运行时执行以下步骤：
划分内存空间以从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表，在所述内存空间中将一个所述反向页表分段，划分硬盘空间以从所述内存空间加载多个所述分段；
使用碎片整理进程在所述硬盘空间中扫描一个分段以获取逻辑地址，根据所述逻辑地址读取对应的正向页表以执行对应的碎片整理操作；
响应于在所述硬盘空间中完成一个分段的扫描，而使所述碎片整理进程在所述硬盘空间中继续扫描下一个分段，并且将一个尚未加载的分段从所述内存空间中加载到完成扫描的所述分段所占据的所述硬盘空间；
响应于在所述内存空间中的一个所述反向页表的所有分段均传输到所述硬盘空间中，而在所述内存空间中将下一个所述反向页表分段，并且将一个尚未加载的数据页面的所述反向页表从硬盘中加载到传输完毕的所述反向页表所占据的所述内存空间；
响应于涉及碎片整理的数据块的所有数据页面的所述反向页表均已经被加载到所述内存空间、并且所有所述分段均已经被扫描和执行碎片整理，而结束所述碎片整理进程。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，从硬盘加载涉及碎片整理的数据块的多个数据页面的反向页表包括：将硬盘中涉及碎片整理的所述数据块的多个数据页面的所述反向页表按占用空间由小到大排序，并基于所述排序依次加载到所述内存空间。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，从所述内存空间加载多个所述分段包括：将所述内存空间中的多个所述分段按占用空间由小到大排序，并基于所述排序依次加载到所述硬盘空间。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，涉及碎片整理的数据块为多个；
所述步骤还包括：响应于涉及碎片整理的一个所述数据块的所有数据页面的所述反向页表均已经被加载到所述内存空间，而一次性擦除所述数据块。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，结束所述碎片整理进程包括：释放所述内存空间和所述硬盘空间。
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