CN112597102A - 一种高效的镜像文件系统实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效的镜像文件系统实现方法，涉及VOI技术领域，包括获取VOI客户机磁盘中预设大小的连续空间，以用于进行镜像文件的存储；将所述空间的起始扇区和总大小传递给镜像文件系统的格式化接口，将所述空间格式化为镜像文件系统格式；获取镜像文件系统的起始地址并传递给镜像文件系统的加载接口进行加载；镜像文件系统的加载功能将镜像文件系统的文件系统基础信息区、文件项列表、文件分配表区的元数据加载至内存，并将记录元数据的镜像文件系统句柄返回给调用者。本发明能够有效提高镜像文件系统的访问性能。

Description

一种高效的镜像文件系统实现方法

技术领域

本发明涉及VOI(Virtual OS Infrastructure，虚拟操作系统基础架构)技术领域，具体涉及一种高效的镜像文件系统实现方法。

背景技术

当前，VOI产品中的磁盘镜像通常采用QCOW格式、VHD格式以及一些自定义的格式，每个磁盘镜像由1到多个镜像文件组成，磁盘镜像在VOI服务端集中管理，并按需分发给VOI客户端使用，VOI可以从引导阶段开始为客户机提供一个虚拟的磁盘，让操作系统从这个虚拟的磁盘启动，并且在磁盘I/O(Input/Output，输入/输出)层实现对虚拟磁盘的读写重定向为对相应镜像文件的读写，从而达到启动操作系统的目的。

上述启动操作系统的方式中，在VOI客户机中需要一个管理镜像文件的文件系统，并且在操作系统的引导、启动内核和系统运行阶段提供访问能力，而当前已知的文件系统如NTFS、EXT4、FAT32等都无法在操作系统的引导或启动内核阶段提供访问能力，从而导致管理镜像文件的文件系统无法使用这些文件系统。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高效的镜像文件系统实现方法，能够有效提高镜像文件系统的访问性能。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是，包括以下步骤：

获取VOI客户机磁盘中预设大小的连续空间，以用于进行镜像文件的存储；

将所述空间的起始扇区和总大小传递给镜像文件系统的格式化接口，将所述空间格式化为镜像文件系统格式；

获取镜像文件系统的起始地址并传递给镜像文件系统的加载接口进行加载；

镜像文件系统的加载功能将镜像文件系统的文件系统基础信息区、文件项列表、文件分配表区的元数据加载至内存，并将记录元数据的镜像文件系统句柄返回给调用者。

在上述技术方案的基础上，所述镜像文件系统具体包括文件系统基础信息区、文件项列表区、文件分配表区和数据区。

在上述技术方案的基础上，

所述文件系统基础信息区用于记录扇区大小、簇大小、分区大小、文件项列表区的偏移扇区、文件项列表区占用的大小、文件分配表区的偏移扇区、文件分配表区的大小、数据区的偏移扇区和数据区的大小；

所述文件项列表区用于记录设定数量的文件项，且每个文件项用于记录文件名称、文件数据第一个簇的索引、文件大小，以及当前文件项是否被使用；

所述文件分配表区用于记录每个文件簇的分配信息；

所述数据区用于以簇为单位进行文件数据的存储。

在上述技术方案的基础上，所述镜像文件系统还用于实现镜像文件创建功能、镜像文件打开功能、镜像文件写功能、镜像文件读功能、镜像文件关闭功能和镜像文件删除功能。

在上述技术方案的基础上，所述镜像文件创建功能实现的具体步骤为：

将待创建镜像文件的文件名和镜像文件系统句柄传递给镜像文件系统的创建接口，进行镜像文件的创建；

镜像文件系统的创建功能在文件项列表中遍历所有使用的文件项，判断文件名是否已存在：

若是，则镜像文件创建失败；

若否，则寻找一个未被使用的文件项，将文件名设置到该文件项的文件名字段中，并将文件大小字段和文件数据第一个簇的字段设为0，将文件项是否使用字段设置为1，并将记录文件项信息的文件句柄返回给调用者。

在上述技术方案的基础上，所述镜像文件打开功能实现的具体步骤为：

将待打开镜像文件的文件名和镜像文件系统句柄传递给镜像文件系统的打开接口，进行镜像文件的打开；

镜像文件系统的打开功能在文件项列表中遍历所有已使用的文件项，判断文件名是否已存在：

若否，则镜像文件打开失败；

若是，则将记录文件项信息的文件句柄返回给调用者。

在上述技术方案的基础上，所述镜像文件写功能实现的具体步骤为：

将待写镜像文件的写入位置、大小、数据和文件句柄传递给镜像文件系统的写接口，进行镜像文件数据的写入；

镜像文件系统的写功能判断写入的数据是否超过文件已分配的簇的大小：

若是，则在文件分配表区查找足够数量的未使用簇分配给文件，并将数据簇的分配信息更新到文件分配表中，然后根据文件项中记录的第一个簇的索引在文件分配表中获取该文件簇的分布信息，将数据写入到相应的簇中；

若否，则直接根据文件项中记录的第一个簇的索引在文件分配表中获取该文件簇的分布信息，将镜像文件数据写入到相应的簇中。

在上述技术方案的基础上，所述镜像文件读功能实现的具体步骤为：

将待读镜像文件的读取位置、大小和文件句柄传递给镜像文件系统的读接口，进行镜像文件数据的读取；

镜像文件系统的读功能根据文件项中记录的第一个簇的索引在文件分配表中获取该文件簇的分布信息，将镜像文件数据从相应簇中读取后返回给调用者。

在上述技术方案的基础上，所述镜像文件关闭功能实现的具体步骤为：

将待关闭镜像文件的文件句柄传递给镜像文件系统的关闭接口，进行镜像文件的关闭；

镜像文件系统的关闭接口释放文件句柄。

在上述技术方案的基础上，所述镜像文件删除功能实现的具体步骤为：

将待删除镜像文件的文件名和镜像文件系统句柄传递给镜像文件系统的删除接口，进行镜像文件的删除；

镜像文件系统的删除功能在文件项列表中遍历所有使用的文件项，判断文件名是否已存在：

若否，则镜像文件删除失败；

若是，则将镜像文件的簇链在文件分配表中清零，并将文件项的是否使用字段设置为0。

与现有技术相比，本发明的优点在于：镜像文件系统可以在操作系统的引导、启动内核和系统运行阶段提供访问能力，有效提高镜像文件系统的访问性能，且在满足镜像文件系统需求的同时也体现了更高的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例中一种高效的镜像文件系统实现方法的流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种高效的镜像文件系统实现方法，在VOI客户机磁盘中分配一块用来存储镜像文件的空间，将这块磁盘空间格式化为镜像文件系统格式，通过对镜像文件系统的格式化和加载，使得镜像文件系统能够实现镜像文件的创建、打开等功能。

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的一部分实施例，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的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。

参见图1所示，本发明实施例提供的一种高效的镜像文件系统实现方法，具体包括以下步骤：

S1：获取VOI客户机磁盘中预设大小的连续空间，以用于进行镜像文件的存储；

S2：将所述空间的起始扇区和总大小传递给镜像文件系统的格式化接口，将所述空间格式化为镜像文件系统格式。

本发明实施例中，当VOI客户端初次安装时，在客户机磁盘上分配一块连续的空间用来储存镜像文件，将这块空间的起始扇区和总大小传递给镜像文件系统的格式化接口进行格式化，镜像文件系统格式化功能将文件系统基础信息区各字段初始化相应的值，并将文件项列表区和文件分配表区清零来完成镜像文件系统的格式化。

S3：获取镜像文件系统的起始地址并传递给镜像文件系统的加载接口进行加载；

S4：镜像文件系统的加载功能将镜像文件系统的文件系统基础信息区、文件项列表、文件分配表区的元数据加载至内存。当元数据加载至内存后，将记录元数据的镜像文件系统句柄返回给调用者。加载功能返回的是镜像文件系统句柄；镜像文件的创建和打开功能返回的是文件句柄。

本发明实施例中，镜像文件系统具体包括文件系统基础信息区、文件项列表区、文件分配表区和数据区，即将获取的空间格式为4个连续的区域，依次为文件系统基础信息区、文件项列表区、文件分配表区和数据区。文件系统基础信息区用于记录扇区大小、簇大小、分区大小、文件项列表区的偏移扇区、文件项列表区占用的大小、文件分配表区的偏移扇区、文件分配表区的大小、数据区的偏移扇区和数据区的大小。文件系统基础信息区占用1个扇区的大小。

文件项列表区用于记录设定数量的文件项，且每个文件项用于记录文件名称、文件数据第一个簇的索引、文件大小，以及当前文件项是否被使用。文件项列表区共占用1024个扇区的大小。

文件分配表区用于记录每个文件簇的分配信息。分配信息中，每个表项4个字节记录簇的分配情况，当值为0时表示该簇未分配，当值为0xFFFFFFFF时表示文件结束簇，其它值表示记录的下一个簇索引值，每个文件从文件项中记录的第一个簇到结束簇形成一个簇链来表示文件数据的分布情况，由于值为0表示簇未分配，故为了避免混淆，0号簇保留不被使用，该区域总字节数是数据区簇的总数乘以4。数据区用于以簇为单位进行文件数据的存储。数据区所在区域的大小是剩余的全部空间，尾部取簇大小的整数倍对齐。

本发明实施例中，簇大小可以设计为10MB，因镜像文件系统主要是用来储存镜像文件，相比于主流的NTFS等文件系统来说，通常储存的文件数量较少，而单个文件的容量较大，基于这样的特性所以不会因为超大簇的设计而显著降低磁盘的利用率，反而由于有了超大簇的设计，极大的降低了文件的碎片化，提高了文件数据的读写性能，超大簇的设计也使文件分配表需要的空间极大的减少了，从而提高了文件分配表的访问效率。

镜像文件系采用无目录结构设计，NTFS等文件系统的目录结构设计是为了满足用户对文件分类和分级的管理及展示需求，而镜像文件系统的储存对象固定为镜像文件，并且仅为VOI客户端内部使用，没有了用户需要的管理及展示需求，通过文件名的区分足够管理不同的镜像文件，少了复杂的目录结构设计将极大的减小文件系统设计的复杂度。

文件项列表区设计为1024扇区固定大小，采用固定的大小是因为每个VOI客户机镜像文件数量基本在固定的范围内，按每个操作系统磁盘镜像由7个镜像文件组成，每个文件项占用1个扇区的保守方式计算，1024个扇区也能支持到146个操作系统，与通常VOI客户机只使用个位数量的操作系统相比1024扇区可存储的文件项数量足够满足VOI客户机存储镜像文件的需求，而相比NTFS等动态分配方式则可以有效减小镜像文件系统设计的复杂度。

本发明实施例中，镜像文件系统还用于实现镜像文件创建功能、镜像文件打开功能、镜像文件写功能、镜像文件读功能、镜像文件关闭功能和镜像文件删除功能。

镜像文件创建功能实现的具体步骤为：

将待创建镜像文件的文件名和镜像文件系统句柄传递给镜像文件系统的创建接口，进行镜像文件的创建；

镜像文件系统的创建功能在文件项列表中遍历所有使用的文件项，判断文件名是否已存在：

若是，则镜像文件创建失败；

若否，则寻找一个未被使用的文件项，将文件名设置到该文件项的文件名字段中，并将文件大小字段和文件数据第一个簇的字段设为0，0表示未分配空间字段，将文件项是否使用字段设置为1，1表示已使用字段，并将记录文件项信息的文件句柄返回给调用者。

本发明实施例中，镜像文件打开功能实现的具体步骤为：

将待打开镜像文件的文件名和镜像文件系统句柄传递给镜像文件系统的打开接口，进行镜像文件的打开；

镜像文件系统的打开功能在文件项列表中遍历所有已使用的文件项，判断文件名是否已存在：

若否，则镜像文件打开失败；

若是，则将记录文件项信息的文件句柄返回给调用者。

本发明实施例中，镜像文件写功能实现的具体步骤为：

将待写镜像文件的写入位置、大小、数据和文件句柄传递给镜像文件系统的写接口，进行镜像文件数据的写入；

镜像文件系统的写功能判断写入的数据是否超过文件已分配的簇的大小：

若是，则在文件分配表区查找足够数量的未使用簇分配给文件，并将数据簇的分配信息更新到文件分配表中，然后根据文件项中记录的第一个簇的索引在文件分配表中获取该文件簇的分布信息，将数据写入到相应的簇中；

若否，则直接根据文件项中记录的第一个簇的索引在文件分配表中获取该文件簇的分布信息，将镜像文件数据写入到相应的簇中。

本发明实施例中，镜像文件读功能实现的具体步骤为：

将待读镜像文件的读取位置、大小和文件句柄传递给镜像文件系统的读接口，进行镜像文件数据的读取；

镜像文件系统的读功能根据文件项中记录的第一个簇的索引在文件分配表中获取该文件簇的分布信息，将镜像文件数据从相应簇中读取后返回给调用者。

本发明实施例中，镜像文件关闭功能实现的具体步骤为：

将待关闭镜像文件的镜像文件系统句柄传递给镜像文件系统的关闭接口，进行镜像文件的关闭；

镜像文件系统的关闭接口释放文件句柄。

本发明实施例中，镜像文件删除功能实现的具体步骤为：

将待删除镜像文件的文件名和镜像文件系统句柄传递给镜像文件系统的删除接口，进行镜像文件的删除；

镜像文件系统的删除功能在文件项列表中遍历所有使用的文件项，判断文件名是否已存在：

若否，则镜像文件删除失败；

若是，则将镜像文件的簇链在文件分配表中清零，并将文件项的是否使用字段设置为0。

本发明实施例中，镜像文件创建、镜像文件打开、镜像文件写、镜像文件读、镜像文件关闭和镜像文件删除的发起均为VOI客户端程序。VOI客户端支持的操作系统通常包括windows和linux系列的操作系统。VOI客户端运行在VOI客户机中，主要用来接收VOI服务端分发的磁盘镜像，以及提供磁盘镜像的启动支持。

本发明实施例的高效的镜像文件系统实现方法，在VOI客户机磁盘中分配一块用来存储镜像文件的空间，将这块磁盘空间格式化为镜像文件系统格式，通过对镜像文件系统的格式化和加载，使得镜像文件系统能够实现镜像文件的创建、打开等功能。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

Claims (10)

1.一种高效的镜像文件系统实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取VOI客户机磁盘中预设大小的连续空间，以用于进行镜像文件的存储；

将所述空间的起始扇区和总大小传递给镜像文件系统的格式化接口，将所述空间格式化为镜像文件系统格式；

获取镜像文件系统的起始地址并传递给镜像文件系统的加载接口进行加载；

镜像文件系统的加载功能将镜像文件系统的文件系统基础信息区、文件项列表、文件分配表区的元数据加载至内存，并将记录元数据的镜像文件系统句柄返回给调用者。

2.如权利要求1所述的一种高效的镜像文件系统实现方法，其特征在于：所述镜像文件系统具体包括文件系统基础信息区、文件项列表区、文件分配表区和数据区。

3.如权利要求2所述的一种高效的镜像文件系统实现方法，其特征在于：

所述文件系统基础信息区用于记录扇区大小、簇大小、分区大小、文件项列表区的偏移扇区、文件项列表区占用的大小、文件分配表区的偏移扇区、文件分配表区的大小、数据区的偏移扇区和数据区的大小；

所述文件项列表区用于记录设定数量的文件项，且每个文件项用于记录文件名称、文件数据第一个簇的索引、文件大小，以及当前文件项是否被使用；

所述文件分配表区用于记录每个文件簇的分配信息；

所述数据区用于以簇为单位进行文件数据的存储。

4.如权利要求3所述的一种高效的镜像文件系统实现方法，其特征在于：所述镜像文件系统还用于实现镜像文件创建功能、镜像文件打开功能、镜像文件写功能、镜像文件读功能、镜像文件关闭功能和镜像文件删除功能。

5.如权利要求4所述的一种高效的镜像文件系统实现方法，其特征在于，所述镜像文件创建功能实现的具体步骤为：

将待创建镜像文件的文件名和镜像文件系统句柄传递给镜像文件系统的创建接口，进行镜像文件的创建；

镜像文件系统的创建功能在文件项列表中遍历所有使用的文件项，判断文件名是否已存在：

若是，则镜像文件创建失败；

若否，则寻找一个未被使用的文件项，将文件名设置到该文件项的文件名字段中，并将文件大小字段和文件数据第一个簇的字段设为0，将文件项是否使用字段设置为1，并将记录文件项信息的文件句柄返回给调用者。

6.如权利要求4所述的一种高效的镜像文件系统实现方法，其特征在于，所述镜像文件打开功能实现的具体步骤为：

将待打开镜像文件的文件名和镜像文件系统句柄传递给镜像文件系统的打开接口，进行镜像文件的打开；

镜像文件系统的打开功能在文件项列表中遍历所有已使用的文件项，判断文件名是否已存在：

若否，则镜像文件打开失败；

若是，则将记录文件项信息的文件句柄返回给调用者。

7.如权利要求4所述的一种高效的镜像文件系统实现方法，其特征在于，所述镜像文件写功能实现的具体步骤为：

将待写镜像文件的写入位置、大小、数据和文件句柄传递给镜像文件系统的写接口，进行镜像文件数据的写入；

镜像文件系统的写功能判断写入的数据是否超过文件已分配的簇的大小：

若是，则在文件分配表区查找足够数量的未使用簇分配给文件，并将数据簇的分配信息更新到文件分配表中，然后根据文件项中记录的第一个簇的索引在文件分配表中获取该文件簇的分布信息，将数据写入到相应的簇中；

若否，则直接根据文件项中记录的第一个簇的索引在文件分配表中获取该文件簇的分布信息，将镜像文件数据写入到相应的簇中。

8.如权利要求4所述的一种高效的镜像文件系统实现方法，其特征在于，所述镜像文件读功能实现的具体步骤为：

将待读镜像文件的读取位置、大小和文件句柄传递给镜像文件系统的读接口，进行镜像文件数据的读取；

镜像文件系统的读功能根据文件项中记录的第一个簇的索引在文件分配表中获取该文件簇的分布信息，将镜像文件数据从相应簇中读取后返回给调用者。

9.如权利要求4所述的一种高效的镜像文件系统实现方法，其特征在于，所述镜像文件关闭功能实现的具体步骤为：

将待关闭镜像文件的文件句柄传递给镜像文件系统的关闭接口，进行镜像文件的关闭；

镜像文件系统的关闭接口释放文件句柄。

10.如权利要求4所述的一种高效的镜像文件系统实现方法，其特征在于，所述镜像文件删除功能实现的具体步骤为：

将待删除镜像文件的文件名和镜像文件系统句柄传递给镜像文件系统的删除接口，进行镜像文件的删除；

镜像文件系统的删除功能在文件项列表中遍历所有使用的文件项，判断文件名是否已存在：

若否，则镜像文件删除失败；

若是，则将镜像文件的簇链在文件分配表中清零，并将文件项的是否使用字段设置为0。

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