CN113742127A - 一种裸闪存文件系统的故障恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及文件系统技术领域，具体公开了一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，包括步骤：S1、扫描目录分区以识别目录文件并重建所有目录文件的目录文件页面索引(目录文件页面索引恢复)；S2、读取目录文件中数据块中的数据以重建目录层次(路径树恢复)；S3、扫描数据分区，根据数据文件中记录的父目录索引编号插入目录文件的数据条目(目录文件数据恢复)。本发明根据闪存中数据分区和目录分区的数据将系统中的元数据采用步骤S1～S3进行重建，在超过操作系统容忍范围外的情况，仍然能够对系统进行故障恢复，增加了系统在发生故障时恢复的可能性，提高了系统的可靠性，并且系统对于元数据的持久性操作的频率可以适当降低，从而可提高系统的吞吐量。

Description

一种裸闪存文件系统的故障恢复方法

技术领域

本发明涉及文件系统技术领域，尤其涉及一种裸闪存文件系统的故障恢复方法。

背景技术

在系统的使用过程中难免会遇到系统崩溃或者电源故障的情况，这时应采取合理的方法对系统进行故障恢复以保证系统后续的正常运行。

LOFFS是一种新兴的应用于特定嵌入式场景的一种裸闪存文件系统，其在使用时也会经常遭遇电源掉电等各种故障，因此有必要为其设计合理的故障恢复方法以提高系统使用时的可靠性。

LOFFS中现有的系统故障恢复方法为：如果崩溃点和最后一次持久性操作之间的间隔在操作系统的允许范围内，则只需重新安装文件系统即可执行恢复过程。然后，文件系统将使用分区检入并撤消不完整的操作。

但是在面对崩溃点和最后一次持久性操作之间的间隔不在操作系统的允许范围内的情况，现有的LOFFS文件系统则无法将文件系统恢复到合适的状态。因此急需一种针对于LOFFS新的故障恢复方法以便LOFFS能够适应于更加广泛的场景以及提高系统可靠性。

发明内容

本发明提供一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，解决的技术问题在于：如何在面对崩溃点和最后一次持久性操作之间的间隔不在操作系统的允许范围内的情况时，使LOFFS文件系统恢复到合适的状态。

为解决以上技术问题，本发明提供一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，包括步骤：

S1、扫描目录分区以识别目录文件并重建所有目录文件的目录文件页面索引；

S2、读取目录文件中数据块中的数据以重建目录层次；

S3、扫描数据分区，根据数据文件中记录的父目录索引编号插入目录文件的数据条目。

进一步地，所述步骤S1具体包括步骤：

S11、在内存中为每一个目录文件创建一个目录文件页面索引；

S12、对每个目录文件的目录文件页面索引进行地址填充。

进一步地，所述步骤S2具体包括步骤：

S21、读取目录文件中数据块中的数据，依此创建根目录的路径树节点；

S22、创建子目录的路径树节点，并将父目录指向子目录。

进一步地，所述步骤S11具体包括步骤：

S111、按顺序对系统分区后的闪存区域进行扫描，该闪存区域包括目录分区和数据分区；

S112、判断扫描到的分区是否为目录分区，若是则对该目录分区中的数据块的页进行扫描，若否则返回步骤S111对下一分区进行扫描；

S113、判断扫描到的该目录分区中目录文件的数据块的页是否被标记为索引类型，若是则进入步骤S114，若否则不作为；

S114、将该页数据读入DRAM中，并在DRAM中创建一个对应目录文件的目录文件页面索引；

S115、重复所述步骤S111～S114，直到为所有被标记为索引类型的目录文件创建了对应的目录文件页面索引。

进一步地，所述步骤S12具体包括步骤：

S121、同步骤S111；

S122、同步骤S112；

S123、判断扫描到的该目录分区中的数据块的页是否被标记为索引类型，若是则不作为，若否则读取该页面头部记录的属性信息；

S124、根据所述步骤S122读取到的目录文件中数据块所对应的目录文件名，在所述步骤S115创建的所有目录文件页面索引中找到指定的目录文件页面索引并将所读取的目录文件数据块在闪存上的物理地址写入到目录文件页面索引中。

进一步地，所述步骤S21具体包括步骤：

S211、在步骤S115创建好的所有目录文件页面索引中找到根目录所对应的目录文件页面索引；

S212、在内存中创建根目录的路径树节点，但此时该路径树节点中还未添加子目录条目。

进一步地，所述步骤S22具体包括步骤：

S221、根据步骤S211中找到的根目录的目录文件页面索引中存放的目录文件数据块的物理地址读取出根目录文件的数据；

S222、判断读取出的目录文件的数据条目是否表示目录信息，若是则进入下一步，若否则不进行处理，直接读取下一条数据进行判断；

S223、在根目录的路径树节点中添加一个目录条目，其中该条目中的子目录名为读取出的目录文件中数据条目的目录文件名；

S224、根据读取的目录条目的目录名在所有目录文件页面索引中找到其对应的目录文件页面索引，并将其地址填充到目录条目中的目录文件页面索引地址中；

S225、根据读取的目录条目的目录名在DRAM中创建一个只包含目录名的子目录的空路径树节点并将其地址填充到目录条目中的子节点；

S226、重复步骤S222～S225直到将根目录的所有子目录信息添加到路径树节点中并与所有的子目录的路径树节点链接上；

S227、访问根目录的一个子目录的路径树节点，对其按照S221～S226相同的处理方法将其所有子目录的条目填充到路径树节点中，直到根目录所有的子目录都处理完成。

进一步地，所述步骤S3具体包括步骤：

S31、从系统分区后面开始扫描整个闪存区域，对标记为数据分区的内部进行扫描，跳过标记为目录分区的内容；

S32、当扫描到数据分区中的页面标记为索引时，读取出其中存放的该数据文件对应的父目录的元数据信息；

S33、根据父目录的文件名在上面已经创建好的所有的目录文件页面索引中找出对应父目录的索引；

S34、根据目录文件页面索引中存放的目录文件数据页面的地址，将页面数据读入内存中；

S35、依次扫描父目录的所有的数据页面的目录项，若在目录文件的数据中发现该数据文件的目录条目则直接进入步骤S37，否者进入步骤S36；

S36、若目录文件的数据页面已满则进入步骤S37，否则将数据文件名、当前正在扫描的闪存的数据文件的物理地址作为一个目录条目插入到目录文件的数据页面中；

S37、先为目录文件申请一块空的页面，同时在对应目录文件页面索引中添加相应的元素，然后回到步骤S36完成对目录条目的添加。

本发明提供的一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，根据闪存中数据分区和目录分区的数据将系统中的元数据采用步骤S1～S3进行重建，在超过操作系统容忍范围外的情况，仍然能够对系统进行故障恢复，增加了系统在发生故障时恢复的可能性，提高了系统的可靠性，并且系统对于元数据的持久性操作的频率可以适当降低，从而可提高系统的吞吐量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种裸闪存文件系统的故障恢复方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种裸闪存文件系统的闪存芯片分区图；

图3是本发明实施例提供的一种裸闪存文件系统的布局图；

图4是本发明实施例提供的路径树的结构图；

图5是本发明实施例提供的目录文件数据页的结构图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。

为了在面对崩溃点和最后一次持久性操作之间的间隔不在操作系统的允许范围内的情况时，也能使LOFFS文件系统恢复到合适的状态，本发明实施例提供的一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，如图1所示，包括步骤：

S1、目录文件页面索引恢复：扫描目录分区以识别目录文件并重建所有目录文件的目录文件页面索引；

S2、路径树恢复：读取目录文件中数据块中的数据以重建目录层次；

S3、目录文件数据恢复：扫描数据分区，根据数据文件中记录的父目录索引编号插入目录文件的数据条目。

如图2所示的闪存芯片分区图，裸闪存文件系统的内存芯片被划分为1个系统分区、多个数据分区(图2示出为3个)、多个空闲分区和目录分区。

如图3所示的LOFFS文件系统布局图，在父目录下(图中为根目录)下有多个子目录项(比如“/User”、“/Var”……“/Lib”)，对应有多个子目录文件即目录文件，每个目录文件具有一个页面索引(记录目录文件元数据页和基本数据页的闪存地址)、多个目录数据页，每个目录数据页由多条目录项组成。目录文件的基本数据和元数据共同存放在闪存中。

具体的，步骤S1具体包括步骤：

S11、在内存中为每一个目录文件创建一个目录文件页面索引；

S12、对每个目录文件的目录文件页面索引进行地址填充。

更具体的，步骤S11具体包括步骤：

S111、按顺序对系统分区后的闪存区域进行扫描，该闪存区域包括目录分区和数据分区；

S112、判断扫描到的分区是否为目录分区，若是则对该目录分区中的数据块的页进行扫描，若否则返回步骤S111对下一分区进行扫描；

S113、判断扫描到的该目录分区中目录文件的数据块的页是否被标记为索引类型(表明该页面中存放的是某一目录文件的元数据)，若是则进入步骤S114，若否则不作为；

S114、将该页数据读入DRAM中，并在DRAM中创建一个对应目录文件的目录文件页面索引(文件系统中实际实现为一个数组)；

S115、重复所述步骤S111～S114，直到为所有被标记为索引类型的目录文件创建了对应的目录文件页面索引。

进一步地，所述步骤S12具体包括步骤：

S121、同步骤S111；

S122、同步骤S112；

S123、判断扫描到的该目录分区中的数据块的页是否被标记为索引类型，若是则不作为，若否则读取该页面头部记录的属性信息(表明该页面所属的目录文件)；

S124、根据所述步骤S122读取到的目录文件中数据块所对应的目录文件名，在所述步骤S115创建的所有目录文件页面索引中找到指定的目录文件页面索引并将所读取的目录文件数据块在闪存上的物理地址写入到目录文件页面索引中(对于每个目录文件页面索引，系统维护了两个头计数器N和L，其中N表示当前有效的数据个数，L表示目录文件页面索引的最大容量)。

从而通过两次遍历扫描闪存的目录和数据区域在内存中为每个目录文件重建了目录文件页面索引结构，并将每个文件对应的数据块的物理地址存放进了目录文件页面索引中。自此已完成故障恢复的第一步。

接下来，通过步骤S2恢复路径树，具体包括步骤：

S21、读取目录文件中数据块中的数据，依此创建根目录的路径树节点；

S22、创建子目录的路径树节点，并将父目录指向子目录。

具体的，所述步骤S21具体包括步骤：

S211、在步骤S115创建好的所有目录文件页面索引中找到根目录所对应的目录文件页面索引；

S212、在内存中创建根目录的路径树节点(如图4所示)，但此时该路径树节点中还未添加子目录条目。

具体的，所述步骤S22具体包括步骤：

S221、根据步骤S211中找到的根目录的目录文件页面索引中存放的目录文件数据块的物理地址读取出根目录文件的数据(目录文件的数据页如图5所示)；

S222、判断读取出的目录文件的数据条目是否表示目录信息，若是则进入下一步，若否则不进行处理(因为在路径树节点中不需要记录数据文件的信息)，直接读取下一条数据进行判断；

S223、在根目录的路径树节点中添加一个目录条目，其中该条目中的子目录名为读取出的目录文件中数据条目的目录文件名；

S224、根据读取的目录条目的目录名在所有目录文件页面索引中找到其对应的目录文件页面索引，并将其地址填充到目录条目中的目录文件页面索引地址中；

S225、根据读取的目录条目的目录名在DRAM中创建一个只包含目录名的子目录的空路径树节点并将其地址填充到目录条目中的子节点；

S226、重复步骤S222～S225直到将根目录的所有子目录信息添加到路径树节点中并与所有的子目录的路径树节点链接上；

S227、访问根目录的一个子目录的路径树节点，对其按照S221～S226相同的处理方法将其所有子目录的条目填充到路径树节点中，直到根目录所有的子目录都处理完成。

步骤S2实现了通过读取目录文件数据块中的数据重建目录层次(路径树)，路径树的结构如图4所示。对于路径树的创建采用广度优先的方式，即先将根目录的路径树节点创建好，接着创建其子目录的路径树节点，并将父目录指向子目录。依次类推，直到还原整个文件系统的目录层次结构。

由于LOFFS文件系统中创建数据文件后并不会马上将目录信息持久化到Flash中，因此可能由于系统故障造成目录文件中数据和实际情况的不一致性，所以需要扫描闪存的数据区域以恢复目录文件的一致性。

接下来采用步骤S3对目录文件进行数据恢复。步骤S3具体包括步骤：

S31、从系统分区后面开始扫描整个闪存区域，对标记为数据分区的内部进行扫描，跳过标记为目录分区的内容；

S32、当扫描到数据分区中的页面标记为索引时，读取出其中存放的该数据文件对应的父目录的元数据信息；

S33、根据父目录的文件名在上面已经创建好的所有的目录文件页面索引中找出对应父目录的索引；

S34、根据目录文件页面索引中存放的目录文件数据页面的地址，将页面数据读入内存中；

S35、依次扫描父目录的所有的数据页面的目录项，若在目录文件的数据中发现该数据文件的目录条目则直接进入步骤S37，否者进入步骤S36；

S36、若目录文件的数据页面已满则进入步骤S37，否则将数据文件名、当前正在扫描的闪存的数据文件的物理地址作为一个目录条目插入到目录文件的数据页面中；

S37、先为目录文件申请一块空的页面，同时在对应目录文件页面索引中添加相应的元素，然后回到步骤S36完成对目录条目的添加。

至此，通过步骤S31到步骤S37的操作，本例根据闪存中的数据和目录分区的数据将系统中的元数据进行了重建，完成了系统崩溃时的恢复。

综上，本发明实施例提供的一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，根据闪存中数据分区和目录分区的数据将系统中的元数据采用步骤S1～S3进行重建，在超过操作系统容忍范围外的情况，仍然能够对系统进行故障恢复，增加了系统在发生故障时恢复的可能性，提高了系统的可靠性，并且系统对于元数据的持久性操作的频率可以适当降低，从而可提高系统的吞吐量。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，其特征在于，包括步骤：

S1、扫描目录分区以识别目录文件并重建所有目录文件的目录文件页面索引；

S2、读取目录文件中数据块中的数据以重建目录层次；

S3、扫描数据分区，根据数据文件中记录的父目录索引编号插入目录文件的数据条目。

2.根据权利要求1所述的一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括步骤：

S11、在内存中为每一个目录文件创建一个目录文件页面索引；

S12、对每个目录文件的目录文件页面索引进行地址填充。

3.根据权利要求2所述的一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括步骤：

S21、读取目录文件中数据块中的数据，依此创建根目录的路径树节点；

S22、创建子目录的路径树节点，并将父目录指向子目录。

4.根据权利要求3所述的一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S11具体包括步骤：

S111、按顺序对系统分区后的闪存区域进行扫描，该闪存区域包括目录分区和数据分区；

S112、判断扫描到的分区是否为目录分区，若是则对该目录分区中的数据块的页进行扫描，若否则返回步骤S111对下一分区进行扫描；

S113、判断扫描到的该目录分区中目录文件的数据块的页是否被标记为索引类型，若是则进入步骤S114，若否则不作为；

S114、将该页数据读入DRAM中，并在DRAM中创建一个对应目录文件的目录文件页面索引；

S115、重复所述步骤S111～S114，直到为所有被标记为索引类型的目录文件创建了对应的目录文件页面索引。

5.根据权利要求4所述的一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括步骤：

S121、同步骤S111；

S122、同步骤S112；

S123、判断扫描到的该目录分区中的数据块的页是否被标记为索引类型，若是则不作为，若否则读取该页面头部记录的属性信息；

S124、根据所述步骤S122读取到的目录文件中数据块所对应的目录文件名，在所述步骤S115创建的所有目录文件页面索引中找到指定的目录文件页面索引并将所读取的目录文件数据块在闪存上的物理地址写入到目录文件页面索引中。

6.根据权利要求5所述的一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S21具体包括步骤：

S211、在步骤S115创建好的所有目录文件页面索引中找到根目录所对应的目录文件页面索引；

S212、在内存中创建根目录的路径树节点，但此时该路径树节点中还未添加子目录条目。

7.根据权利要求6所述的一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括步骤：

S221、根据步骤S211中找到的根目录的目录文件页面索引中存放的目录文件数据块的物理地址读取出根目录文件的数据；

S222、判断读取出的目录文件的数据条目是否表示目录信息，若是则进入下一步，若否则不进行处理，直接读取下一条数据进行判断；

S223、在根目录的路径树节点中添加一个目录条目，其中该条目中的子目录名为读取出的目录文件中数据条目的目录文件名；

S224、根据读取的目录条目的目录名在所有目录文件页面索引中找到其对应的目录文件页面索引，并将其地址填充到目录条目中的目录文件页面索引地址中；

S225、根据读取的目录条目的目录名在DRAM中创建一个只包含目录名的子目录的空路径树节点并将其地址填充到目录条目中的子节点；

S226、重复步骤S222～S225直到将根目录的所有子目录信息添加到路径树节点中并与所有的子目录的路径树节点链接上；

S227、访问根目录的一个子目录的路径树节点，对其按照S221～S226相同的处理方法将其所有子目录的条目填充到路径树节点中，直到根目录所有的子目录都处理完成。

8.根据权利要求7所述的一种裸闪存文件系统的故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括步骤：

S31、从系统分区后面开始扫描整个闪存区域，对标记为数据分区的内部进行扫描，跳过标记为目录分区的内容；

S32、当扫描到数据分区中的页面标记为索引时，读取出其中存放的该数据文件对应的父目录的元数据信息；

S33、根据父目录的文件名在上面已经创建好的所有的目录文件页面索引中找出对应父目录的索引；

S34、根据目录文件页面索引中存放的目录文件数据页面的地址，将页面数据读入内存中；

S35、依次扫描父目录的所有的数据页面的目录项，若在目录文件的数据中发现该数据文件的目录条目则直接进入步骤S37，否者进入步骤S36；

S36、若目录文件的数据页面已满则进入步骤S37，否则将数据文件名、当前正在扫描的闪存的数据文件的物理地址作为一个目录条目插入到目录文件的数据页面中；

S37、先为目录文件申请一块空的页面，同时在对应目录文件页面索引中添加相应的元素，然后回到步骤S36完成对目录条目的添加。

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