CN1749973B - 适用于实现混合应用存储媒介的动态分区的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种包含第一分区和第二分区的装置。第一分区具有第一文件系统，它包括(i)多个第一簇，各自可配置成存储数据且所具有的存取速度比第一种最差情况的数据传输速率更快；和(ii)不会被多个第一簇所使用的专用空间。第二分区具有第二文件系统，它包括多个第二簇，(i)可配置成存储数据且所具有的存取速度比第二种最差情况的数据传输速率更快；和(ii)占据着专用空间。

Description

适用于实现混合应用存储媒介的动态分区的方法和装置
技术领域
本发明主要涉及数据存储，尤其涉及适用于实现混合应用存储媒介的动态分区的方法和/或装置。
背景技术
当同一系统组合了多种功能时，在该系统中的存储媒介就需要能够支持各种不同型谱的应用。特别是，诸如个人视频录像仪和其它设备之类的家庭媒介设备实际上都是由处理器和存储资源所构成的。其它消费类产品也都开始包含大量的存储技术，例如，硬盘和光盘。至少可以识别出三种基本的应用组。各组应用都希望具有不同需求来满足同一存储媒介的需要。诸如视频播放和记录之类的高数据传输速率应用会受到严格的实时限制。诸如音频播放和记录之类的媒介数据传输速率应用也会受到严格的实时限制。诸如静态图形元素、邮件/WWW数据和其它辅助数据之类的低数据传输速率应用就会有较为宽松的实时限制。
与应用相关联的存储文件的数量和大小一般都遵循以下关系(i)少量的大文件(例如，视频程序)；(ii)中等数量的中等文件(例如，音频程序)；和(iii)大量的小文件(例如，静态图形元素，邮件/WWW数据和其它辅助数据)。为了有效工作，这些应用中的各种应用都会使用在媒介中的存储空间，这就需要采用不同的文件系统来管理，以便于各自优化特殊的应用。
当前存储管理解决方案主要取自于台式PC和工作站环境，将存储空间分区成一个或多个分区。各种分区方法都将总的存储空间中的固定部分专门分配给相关文件系统的应用程序。图1显示了一种分区配置。
采用图1所示的实施方法，多个独立的分区(分区1，分区2和分区3)分别分配给不同的文件系统。分区1-3一般都是在对存储媒介进行格式化/初始化时固定的。如果使用分区1-3中所指定一个分区的应用程序使用了在该指定分区中的所有存储空间时，能够增加指定分区大小的唯一方法是对系统中的所有分区进行重新分区和/或重新格式化的操作。重新格式化十分耗时，并且会丢失现有的存储数据以及在分区1-3正在使用时还不能进行。
对于这些问题有许多常规的解决方法。单一的分区可以采用通用的文件系统来实施。然而，对于任何特殊应用来说，这类通用的文件系统并不是最佳的。没有优化，这类文件系统对于一种和多种这些应用的工作效率就不高。
可以实施采用通用文件系统的单一分区，以便于绕过直接使用存储空间初始化之后的文件系统。然而，任何绕过文件系统都必须确保不会危及文件系统整体性的安全以及保持同步。
可以实现采用通用文件系统的单一分区，它可以在文件系统上添加一个辅助的专用存储管理方法。一些其它的存储管理解决方案的添加可以提高通用文件系统的效率，但会引发类似于固定分区的问题(例如，需要重新格式化和/或重新初始化分区)。
可以实施多重固定分区，以便于接受各种应用程序的空间限制作为系统的限制。采用这样的系统，终端用户就会在依赖于任何特殊环境中如何使用各个固定分区的产品工作中暴露出所不希望的限制。
因此，就需要能够实施动态分区存储媒介的方法和/或装置，以便于支持各种不同文件系统的混合应用程序。
发明内容
本发明涉及一种实现混合应用存储媒介的动态分区的装置，包括：第一分区，具有第一文件系统，并包括(i)多个第一簇，每个第一簇配置成存储数据且所具有的存取速度比第一数据传输速率更快；和(ii)第一专用空间，它不被所述多个第一簇所使用；以及第二分区，具有第二文件系统，并包括多个第二簇，(i)所述第二簇被配置成存储数据且所具有的存取速度比第二数据传输速率更快；和(ii)占据所述专用空间，其中所述第一数据传输速率低于所述第二数据传输速率。
本发明还涉及一种适用于动态分区存储媒介设备的方法，包括以下步骤：(A)产生第一分区，所述第一分区具有第一文件系统，并包括(i)多个第一簇，每个第一簇配置成存储数据且所具有的存取速度比第一数据传输速率更快；和(ii)第一专用空间，它不被所述多个第一簇所使用；以及(B)产生第二分区，所述第二分区具有第二文件系统，并包括多个第二簇，(i)所述第二簇被配置成存储数据且所具有的存取速度比第二数据传输速率更快；和(ii)占据所述专用空间，其中所述第一数据传输速率低于所述第二数据传输速率。
本发明的目的、性能和优点包括提供一个文件系统，该文件系统可以(i)提供多重分区；(ii)以层次的方式来控制在各个分区中的空间；(iii)允许任何数量的应用程序使用任何数量的优化文件系统且可以共同分享系统的存储空间；(iv)由总的有效自由存储空间来绑定一些适用于特殊文件系统应用程序的有效空间；(v)贯彻执行在一些应用文件系统之间存储空间(空间和/或存取)所固有的存取次序；(vi)提供高速缓冲器的分摊；以及/或者(vii)提供媒介缺陷管理。
附图说明
本发明的上述以及其它目的、性能和优点将从下列详细描述和所附的权利要求以及附图中变得显而易见，附图包括：
图1图示说明了一种常规文件系统；
图2图示说明了一种根据本发明的分区层次结构；
图3图示说明了一种空间扩展请求的向下进程；
图4图示说明了一种空间收缩请求的向下进程；以及，
图5图示说明了一种文件系统的实施方法。
具体实施方式
参见图2，该图显示了分区系统100的示意图。该系统100主要包括多个分区102a-102n。各个分区102a-102n表示一部分专门用于特殊文件系统的存储空间(或者存储设备阵列)。系统100可以用于实现动态分区，以便于允许分区100a-100n可以根据在特殊文件系统中的应用方便地改变有效存储空间以请求比原先分配更多(或更少)的存储空间。在系统100中，存储空间是采用层次结构分区的，使得各个应用文件系统都可以在逻辑上以典型文件大小的次序“叠加”在另一文件系统的上面。
层次结构的最小数字(例如，分区102a)存储着一些文件104a-104n，这些文件适用于使用具有最大存储空间和最高数据传输速率的文件的应用。所示的分区102a还具有专用部分106a，该部分不能用于存储文件104a-104n。然而，该专用部分106a可以由分区102b使用。对于分区102a来说，专用部分106a可以像文件104a-104n中的一个文件来工作。对于分区102b来说，专用部分支持一种不同于分区102a文件系统的文件系统。分区102a仅仅只是分区102a-102n中的一个分区，初期具有整个有效的存储空间。后续分区(例如，102b和102n)初期仅仅只具有最小的有效存储空间。适用于特殊分区的存储空间(例如，分区102n)通常可以以下所示的分区(例如，分区102b)进行分配。各个分区102a-102n一般都包含一个独立的文件系统。通过实施独立的文件系统，对于特殊应用可以优化诸如簇大小、传输速度等等之类的操作特性。所示的分区102b具有一些文件108a-108n。所示的分区102n具有一些文件110a-110n。分区102a-102n的指定数可以增加或者减小，以便于满足特殊实施方法的设计要求。
一例对使用分区102n的文件系统分配有效空间的实例是由使用分区102b的文件系统所分配和管理的专用空间106b。对使用分区102b的文件系统有效的空间是由使用分区102a的文件系统所分配和管理得专用空间106a。对分区102a有效的空间是媒介上的整个存储空间。由于对分区102b和102n有效的空间是由另一文件系统来管理的，所以对于这种物理上相邻的空间就没有任何特殊的设计要求。特别是，在图2图示说明了适用于各个分区102a-102n的相邻空间的同时，也可以采用非相邻空间来满足特殊实现方法的设计要求。因此，可以在各级层次结构上来实现一些专用部分106a和106b。例如，分区102a可以具有多个专用部分106a，且各自可以配置成支持多个分区102b中的一个分区。
参见图3，该图显示了一例文件系统100的实例，在该实例中，层次结构的上面(例如，分区102n)使用了所有初期分配的空间。图3图示说明了当需要写入文件110n+1时请求从上层文件系统102n向下层文件系统102a进行空间扩展的向下进程。分区102n请求从分区102b的文件系统向下空间扩展。如果文件系统102b具有没有使用的有效空间，则文件系统102b通过增加专用空间106b来分配一些适用于文件系统102n使用的空间。如果分区102b的文件系统没有任何未使用的有效空间，则向文件系统102a提出空间扩展的请求。分区102a的文件系统增加专用空间106a的大小。由于分区102a的文件系统是在层次结构中最低的，并且使用了媒介的所有有效空间，所以分区102a的文件系统可以不再请求更多的空间。
参见图4，该图显示了一例文件系统100的实例，在该实例中，层次结构中的上层分区102n不再使用所有分配的空间。分区102n通过请求专用空间106b的收缩向下释放空间返回至分区102b的文件系统。图4图示说明了请求从上层文件系统向下层文件系统空间收缩的向下进程。如果分区102b的文件系统还没有使用额外的空间时，则分区102b的文件系统就向下层分区102n的文件系统传递收缩的请求，只要存在着较下层的文件系统(例如，当分区102b的文件系统不是层次结构中的最小成员)。本发明可以允许分区的大小适用于在层次结构中另一文件系统102a-102n所分配和/或调整的任何特殊应用程序的任一分区102a-102n中的任一文件系统。
参见图5，该图显示了文件系统100的详细实施方法。文件系统一般都是以称之为簇的最小分配单元来分配空间。所示的分区102a文件系统具有多个簇120a-120n。所示的分区102b文件系统具有多个簇122a-122n。所示分区102n文件系统具有多个簇124a-124n。所指定的簇120a一120n、122a-122n和124a-124n可以任意选择，或者基于在所使用的空间效率和数据传输速率性能之间的权衡来选择。对于需要数据传输速率的大的文件来说，可以使用大的簇(例如，10000Kb-20000Kb，较佳的是14000Kb-18000Kb，最佳的是在1638Kb的范围内)，以便于获得所需的性能。对于传输速率不是很重要的小的文件来说，可以使用小的簇(例如，8Kb-128Kb，或者在64Kb和16Kb的范围内)，以便于获得所需的存储效率。中等的簇可以在512Kb的范围内。在各个分区102a-102n中，所有的簇大小一般都是相同。对于动态分区的实施方法来说，分区1-3可以低层簇的大小次序进行堆叠，即，最大的簇可以堆叠在层次结构的低层，而最小的簇可以堆叠在上层。
分区102a可以进行优化，以便于用于视频文件。视频存储一般涉及成千上万个文件的存储。节目的平均长度，对于电视节目一般是30分钟，而电影则为2个小时。适用于较低质量记录的3Mbit传输速率(或者适用于较高质量记录的8Mbit)通常产生在640Mb到6.8Gb范围内的文件大小。
分区102b可以用于摄像机JPEG和MP3的文件。这类文件的存储主要涉及上万个文件的存储，这些文件的平均大小在500Kb到4Mb的范围内。MP3文件一般每首歌的平均大小为大约2Mb到5Mb。
分区102n可以分区A和分区B的方式来实施。分区A可以用于内部视频相关的数据。30分钟的视频在115Kb的范围内，可以存储数千个文件。可以196Kb的典型速率来进行这类信息的编辑。分区B可以用于电子节目指引(EPG)数据、EPG数据包括节目列表和描述，这一般都是通过调制解调器间接下载的，或者以卫星信号作为私密数据流下载。这类存储一般都涉及数千个文件的存储，这些文件的预定大小大约为1Kb到32Kb。基于上述实例，分区B的16Kb的分配单元将显得太慢，由于分段和文件系统的管理，要在分区1中存储8Mbit的复用视频数据。相反，分区1的16Mb的分配单元也不能有效地使用具有16Mb分配单元的存储空间。这样的实施方法会浪费大约16Gb的空间。通过优化存储特殊类型(或者分类)文件的分区102a-102n的文件系统，本发明可以最大化资源的使用。各个分区102a-102n一般都可支持比较差情况下的数据传输速率更快的数据存取。分区102a可以支持第一种较差情况的数据传输速率。分区102b可以支持第二种较差情况的数据传输速率，等等。
本发明特别适用于有限资源(例如，存储器大小和处理器速度，等等)的消费类产品。在这些应用中，本发明可以提供高速缓冲器的分摊和媒介缺陷的管理。
采用高速缓冲器分摊的方法，可以为分区102a文件系统提供文件数据高速缓冲器。这类文件数据缓冲器也有利于其它层次结构的分区102b-102n。层次结构的分区102b-102n文件系统不需要分离大的数据缓冲器，因为它们可以使用来自分区102a文件系统的缓冲器。这种重新使用存储器缓冲器的方法可以称之为高速缓冲器的存储器分摊，并且可以通过限制高速缓冲器存储器的复制来节省存储器空间和更有效地使用。
也可以实施媒介缺陷管理，因为只有分区102a的文件系统可以直接访问存储媒介，实施单一缺陷管理系统可以免去在其它层次结构分区102b-102中的缺陷管理的需要。该缺陷管理的多重使用可以节省存储器空间和资源。
采用上述层次结构，可以进行三种或更多种的优化，以便于简化文件系统的实施。空间的扩展和收缩可以限制在接受文件系统的簇大小的倍数。空间的扩展和收缩可以限制于只在文件系统有效的分区空间的逻辑端点处进行。
当其它分区是一个文件(例如，在一个文件中的文件系统)时，接受文件系统可以管理分配给其它分区的空间。这后一优化允许使用树状结构的同一存储空间来支持多重动态分区的层次结构(即，各个文件系统仅仅只能使用一个空间的资源单可以为多个其它文件系统提供空间)。
采用本发明的文件系统一般都能支持被管理的空间进行动态扩展/收缩并且通常还能够在文件系统仍处于应用程序使用的同时进行有效的这些操作(即，透明的)。在共同申请No.10/167,172中揭示了一例这种文件系统的实例，并通过参考合并与此。在.10/167,172中所讨论的搜索最小可恢复流文件系统可以通过对簇链120a-120n、122a-122n和124a-124n添加和删减簇来支持本发明的性能。
在本发明参考上述较佳实施例进行特殊显示和讨论的过程中，本领域的普通技术人员应该理解到，各种形式和细节上的变化都没有背离本发明精神和范围。

Claims (9)

1.一种实现混合应用存储媒介的动态分区的装置，包括：
第一分区，具有第一文件系统，并包括(i)多个第一簇，每个第一簇配置成存储数据且所具有的存取速度比第一数据传输速率更快；和(ii)第一专用空间，它不被所述多个第一簇所使用；以及
第二分区，具有第二文件系统，并包括多个第二簇，(i)所述第二簇被配置成存储数据且所具有的存取速度比第二数据传输速率更快；和(ii)占据所述专用空间，
其中所述第一数据传输速率低于所述第二数据传输速率。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二文件系统还包括第二专用空间。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：
第三分区，具有第三文件系统，并包括多个第三簇，(i)所述第三簇被配置成存储数据且所具有的存取速度比第三数据传输速率更快；和(ii)占据所述第二专用空间，其中所述第三数据传输速率高于所述第二数据传输速率。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一专用空间可以响应来自所述第二文件系统的请求进行调整。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一专用空间的所述调整包括(i)空间的增加或(ii)空间的减小。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一数据传输速率可优化为适用于大量的小文件。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一数据传输速率的所述优化包括采用小的簇来实施现述第一文件系统。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二数据传输速率可优化为适用于少量的大文件。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二数据传输速率的所述优化包括采用大的簇来实现所述第二文件系统。
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