CN1760874A - 基于模式识别来分配文件存储器 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，提出一种方法和系统，用于在存储媒体(104)中分配存储空间以用于存储来自信息系统中运行的至少一个应用程序(例如108－1)的数据到文件(例如，110－1)中。该方法和系统包括当所述至少一个应用程序将数据存储在所述存储媒体上的所述文件时，监视(404)多个数据存储操作的至少一个特征，从所述多个数据存储操作的所述至少一个监视的特征识别出存储模式(406)，基于所述识别的存储模式按需要确定将用于所述文件的附加数据的存储空间的量值(408)，以及对该文件分配该量值的存储空间(410)。

Description

基于模式识别来分配文件存储器
技术领域
本发明涉及基于模式识别来分配文件存储器的方法。
发明背景
通常的信息系统(如计算机系统)由运行于处理器上的操作系统来控制。操作系统控制诸如将来自应用程序的数据存储在存储设备上，如磁盘驱动器、光盘驱动器、磁带驱动器、闪速存储器或其他适合的存储媒体。此数据存储操作通常由操作系统的文件系统功能执行。
理想状态下，文件系统应将一个文件存储在存储装置中一个连续的位置上。遗憾的是，对于大多数信息系统来说这是不现实的。相反，数据文件通常以不连续的碎片散布在存储媒体中的形式存储。对于共享同一个存储装置的大量文件来说，这将是非期望的负面效应。还有，文件系统功能通常一次分配一点存储空间，而非完全预先分配，因为应用程序通常是以突发方式生成数据。
因此，文件通常以多个碎片的形式存储在存储媒体上不同的位置。当创建文件时，文件系统功能对该文件在存储装置中分配初始存储容量。随着分配的空间被使用，文件系统功能为该文件分配更多的空间。在每次分配中为该文件预留的存储空间的量通常基于该文件在执行分配时的大小或对该文件的非常基本写模式的最近历史来确定。遗憾的是，此操作可能将一个文件拆分成散布在存储装置中的大量碎片。文件碎片化可能在从文件中检索数据时产生问题。例如，数据请求操作可能需要从大量物理位置上相距分散的位置检索数据。这使得对文件中数据的存取耗费更多的时间，降低了应用程序的速度。此外，需要更多的系统存储器来表示该碎片化文件的多个部分。最终，耗费更多的处理器时间来扫描或操作该碎片化文件的内存表现。
发明内容
本发明的实施例采用模式识别以在存储媒体中为文件分配存储空间。在一个实施例中，提出一种方法，用于在存储媒体中分配存储空间以用于存储来自信息系统中运行的至少一个应用程序的数据到文件中。该方法包括当所述至少一个应用程序将数据存储在所述存储媒体上的所述文件时，监视多个数据存储操作的至少一个特征，根据所述多个数据存储操作的所述至少一个监视的特征识别出存储模式，基于所述识别的存储模式按需要确定将用于所述文件的附加数据的存储空间的量值，并在存储媒体上对所述文件分配所述量值的存储空间，以用于所述附加的数据。
在另一个实施例中，提出一种信息系统。所述系统包括处理器、与所述处理器连接的存储媒体以及运行于所述处理器上的至少一个应用程序；其中所述至少一个应用程序将数据存储在所述存储媒体上的至少一个文件。所述系统还包括运行于所述处理器上的模式识别功能，设为识别所述应用程序将数据存储在所述文件中的模式；以及运行于所述处理器上的文件系统功能，所述文件系统功能基于所述模式识别功能的输入为所述应用程序的文件在所述存储媒体上分配存储空间。
在另一个实施例中，提出一种机器可读媒体，其上存储有指令以用于一种执行分配存储空间的方法，所述方法在存储媒体中分配存储空间以用于存储来自信息系统中运行的至少一个应用程序的数据到文件中。该方法包括当所述至少一个应用程序将数据存储在所述存储媒体上的所述文件时，记录有关数据存储操作的信息，从所述多个数据存储操作的所述至少一个监视的特征识别出存储模式，基于所述识别的存储模式确定将用于所述文件的附加数据的存储空间的量值，并按需要在存储媒体上对所述文件分配所述量值的存储空间，以用于所述附加的数据。
附图说明
图1是在存储媒体中为文件分配存储空间时采用模式识别的信息系统的一个实施例的框图。
图2以存储装置实施例的示意图说明采用常规文件系统功能时生成的数据文件的数据碎片。
图3以存储装置实施例的示意图说明显示采用模式识别时在存储装置中为文件分配存储空间。
图4以流程图说明采用模式识别为文件分配存储空间的一个过程实施例。
图5以流程图说明在信息系统中用于文件的数据存储操作时执行模式匹配的过程实施例。
图6以流程图说明采用模式识别分配存储容量的另一个过程实施例。
具体实施方式
在下文的详细描述中，参考了构成本申请文件一部分的附图，其中以示范形式显示了可以实施本发明的特定示范实施例。这些实施例在细节上进行了充分描述，以使本领域技术人员能够实施本发明，而且要明确的是还可以采用其他实施例，以及在不背离本发明精神和范围的前提下可以进行逻辑、机械和电气方面的更改。因此，下文的详细描述不视为范围的限定。
本发明的实施例采用模式识别以在存储媒体中为文件分配存储空间，以便减少存储在存储媒体上的文件中数据碎片的数量。出于规范的目的，术语“模式识别”指的是，经过一段时间地对刺激的某些元素抽象化和综合处理得到有组织的模式，以便可用于识别以后的刺激。当将数据存储在文件中时，本发明实施例将模式识别应用于先前的数据存储操作，以确定要为对该文件的当前数据存储操作和后续数据存储操作分配的存储空间的量值。
图1是在存储媒体中为文件分配存储空间时采用模式识别的信息系统(如图中100所示)的一个实施例的框图。在一个实施例中，信息系统100包括计算机系统。在另一些实施例中，信息系统100包括用于在存储媒体中存储数据的任何其他适合的电子系统。系统100包括通过总线106连接到存储装置104的处理器102。在一个实施例中，存储设备104包括磁盘驱动器。在另一些实施例中，存储设备104包括光盘驱动器、闪速存储器或其他适合的数据存储装置。
处理器102也运行系统100的多个功能。文件系统功能112运行于处理器102上。在其他功能中，在一个实施例中，文件系统功能112控制在存储装置104中分配存储空间，以用于存储文件110-1至110-M中的数据。在一个实施例中，文件系统功能112属于运行于处理器102上的操作系统的一部分。此外，处理器102还运行多个应用程序108-1至108-N。在一个实施例中，应用程序108-1至108-N包括运行于计算机系统上的任何适合的软件程序。
处理器102运行模式识别功能114。模式识别功能114与文件系统功能112通信。模式识别功能114处理有关存储在存储装置104中文件110-1至110-M中的数据的信息。模式识别功能114识别在文件110-1至110-M中存储数据的模式。在一个实施例中，模式识别功能114根据至少三个数据存储操作来识别模式。当识别出一个模式时，将其信息提供给文件系统功能112。在一个实施例中，该信息包括指示所识别的模式强度的系数。基于来自模式识别功能114的信息，文件系统功能112为特定文件110-1至110-M在存储装置104中分配存储容量。在一个实施例中，每个文件与特定的应用程序108-1至108-N相关联。在另一些实施例中，将特定文件110-1至110-M与多于一个的应用程序108-1至108-N相关联。在一个实施例中，当多于一个应用程序共享同一个数据文件时，文件系统功能112在存储装置104中基于每个应用程序的存储操作模式分别分配存储容量以用于每个应用程序在该文件中存储数据。
在操作中，文件系统功能112基于模式识别功能114得到的信息控制存储装置104中存储容量的分配。下文的实例说明采用模式识别，文件系统功能112为来自特定应用程序108-1的数据在存储装置104中文件110-1中分配存储容量的方式。应用程序108-1生成要存储在存储设备104中的数据。文件系统功能112为文件110-1在存储装置104中分配存储容量。应用程序108-1将数据存储在分配的空间中，直到占满为止。模式识别功能114接收到有关每个数据存储的信息并对应用程序108-1判断是否有存储操作的模式。在一个实施例中，模式识别功能114将存储操作的有关信息保存在历史高速缓存中，下面将对此予以更详细的讨论。在一个实施例中，基于至少三个数据存储操作来识别模式。当被请求时，模式识别功能114将该模式报告给文件系统功能112。当应用程序108-1的文件110-1需要更多的存储容量时，文件系统功能112基于模式识别功能114所识别出的模式在存储装置104中分配更多的存储容量。再者，在一个实施例中，文件系统功能112分配的存储空间的量值部分取决于所识别出的模式的强度。例如，在一个实施例中，强度系数为标量S。分配给文件110-1的存储容量的量值模式中所识别的存储空间的标称量的S倍来确定，例如，S*2千字节。
图2以示意图说明显示有采用常规文件系统功能时生成的数据文件的数据碎片的存储装置200。常规技术的文件系统功能将数据存储在存储装置200的存储媒体202上，例如磁盘。在此实例中，文件系统功能最初分配存储媒体202中的小部分的存储容量(如图中204-1所示)给一个或多个应用程序使用的文件。随着所述一个或多个应用程序生成数据，这些数据被存储在存储位置204-1直到该位置被占满为止。随着应用程序生成其他数据，文件系统功能将分配其他存储位置，例如204-2至204-N。在常规技术中，文件系统功能基于分配时文件的总大小来确定要分配给文件的存储容量的量值。当该文件的大小超出特定的阈值时，文件系统功能通常分配较大些的存储区域，其通常在某个定义阈值覆盖分配请求。遗憾的是这种简单方式常常导致大量的文件碎片。因此，从该文件中检索数据较复杂且慢速，因为需要存储媒体202在不同位置之间来回操作以检索本来可以限制为少量较大的碎片的存储区域。
图3以存储装置300的示意图说明采用模式识别在存储装置302中分配存储容量。图3所示的实例中说明了图1的模式识别功能114可采用的一种方式，以使文件系统功能112可以减少存储在存储装置104中的文件的碎片数量。在本实例中，文件系统功能最初在存储媒体302中的存储位置304-1处分配存储容量。当存储位置304-1被占满时，文件系统功能112尝试判断向存储装置302写入数据时是否存在某种模式。文件系统功能一直利用常规方法分配存储容量，直到识别出模式为止。从该实例可以看出，在使用了存储位置304-1至304-3之后，文件系统功能识别出存储装置300的存储操作的模式，并分配较大的存储位置304-4以用于存储文件的数据。最好，通过识别出向文件存储数据的模式，文件系统功能可以智能方式对文件分配存储空间，以减少文件的碎片并避免浪费存储媒体302上宝贵的存储容量。
图4以流程图说明采用模式识别在存储装置中为文件分配存储空间的一个过程实施例。过程开始于方框400。在方框402，过程从应用程序接收到请求，以在文件系统功能的指导下将文件中的数据存储在存储媒体。在方框404，过程请求在存储装置进行数据存储操作。过程还将该请求传递到模式识别功能，以便模式识别功能可以构建这些数据存储操作的历史。在一个实施例中，历史高速缓存由模式识别功能创建并维护。历史高速缓存跟踪存储数据的请求。在一个实施例中，历史高速缓存还对完成的存储操作将偏移量存储到文件中。在另一些实施例中，历史高速缓存存储该存储操作中存储的数据量。在再一个实施例中，历史高速缓存基于每个应用程序，对使用同一个文件的多个应用程序存储有关存储操作的信息。在再一个实施例中，在历史高速缓存中存储的信息记录有关每次对文件写入数据的有关信息。在一个实施例中，基于至少三个数据存储操作来识别历史高速缓存中的模式。
有需要时，过程另外为文件分配空间。在方框405，过程判断是否需要附加的存储空间，例如以满足数据存储的要求。如果不需要附加的存储空间，则分配存储空间的过程终止于方框412。但是如果过程在方框405判断该文件需要附加的存储空间，则分配附加的存储空间。
过程利用模式识别确定要分配给该文件的存储空间的量值。在方框406，过程从模式识别功能请求输入。在一个实施例中，过程请求模式识别功能分析历史高速缓存中的数据，以判断是否就该应用程序识别出存储数据的存储操作的模式。如上所述，历史高速缓是基于存储数据的请求和数据存储操作来编辑。
再者，在一个实施例中，模式识别功能还识别出所识别的模式的强度。在一个实施例中，模式的强度随着与该模式匹配的存储操作的数量增加而递增。
在方框408，过程接收到模式识别功能的结果。在一个实施例中，它包含存储操作中所识别的模式的指示信息。在另一个实施例中，它还包含指示模式识别功能所识别的模式的强度的值。在方框410，过程基于来自模式识别功能的结果分配存储空间。过程终止于方框412。
图5以流程图说明在信息系统中用于文件的数据存储操作时执行模式匹配的过程实施例。过程开始于方框500。在方框502，过程接收到在多个数据存储操作中识别模式的请求。在方框504，过程分析数据存储操作的历史并判断这些数据存储操作是否与已知的模式匹配。如果有模式匹配，则过程在方框506返回结果。在一个实施例中，该结果包含匹配模式的指示信息。在另一些实施例中，该结果还包含该模式的强度指示信息。过程终止于方框512。
如果在方框504，过程未发现匹配项，则过程在方框508判断这些数据存储操作中是否形成有新模式。在一个实施例中，过程基于至少三个数据存储操作来识别模式。如果已形成新的模式，过程执行到方框506并返回模式匹配的结果。过程还以新识别出的模式更新那些已知的模式。过程终止于方框512。
如果在方框508未识别出新模式，则过程在方框510返回否定的结果。否定的结果表示在这些数据存储操作中未识别出模式。过程终止于方框512。
图6以流程图说明采用模式识别分配存储容量的另一个过程实施例。过程开始于方框600。在方框602，过程请求在数据存储装置中存储数据，例如磁盘驱动器、光盘驱动器、闪速存储器等。在方框604，过程以方框602的数据存储操作的有关信息更新历史高速缓存。在一个实施例中，当向存储装置中的文件写入数据时，历史高速缓存存储有关每次数据存储操作的有关信息。在一个实施例中，过程以如下信息项更新历史高速缓存：该文件的指示信息、对该文件写操作的应用程序、数据量、对文件的偏移量和/或有关该数据存储操作的任何其他适合的信息。
在方框606，过程分析历史高速缓存，以查找匹配的模式。在方框608，过程在方框606判断应用程序向文件写入数据的数据存储操作是否与某个模式匹配。如果该数据存储操作与某个模式匹配，则过程执行到方框610并在需要时基于匹配的模式分配存储空间来处理该匹配情况。再者，在一个实施例中，过程还确定模式的强度。过程终止于方框612。
如果在方框606模式不匹配，则过程执行到方框614并在历史高速缓存中搜索新模式。在方框616，过程判断是否识别出新模式。如果是的话，过程执行到方框610并添加该新模式。在一个实施例中，过程还添加指示新模式强度的值。过程终止于方框612。如果在方框616过程未识别出新模式，过程终止于方框612。
本领域技术人员应认识到通过在某个实施例中以适合的指令对可编程处理器进行编程来实现本文所述功能，以便实施上述原理和方法。在这些实施例中，此类程序指令被存储在适合的存储装置中(例如只读存储器和/或随机存取存储器)，在执行过程中会从这些存储装置中检索这些程序指令。在这些实施例中，还将适合的数据结构存储在存储器中。
上述方法和技术可以在数字电路中或利用可编程处理器(例如专用处理器或通用处理器，如计算机)固件、软件或者它们的组合方式来实施。实施这些技术的装置可以包括适合输入和输出装置、可编程处理器和具体实施该可编程处理器执行的程序指令的存储媒体。可编程处理器通过对输入数据执行操作和生成适合的输出来执行程序指令以执行期望的功能，由此可以执行实施这些技术的过程。作为一个优点，这些技术可以在可在可编程系统上执行的一个或多个程序中实施，可编程系统包括通过连接以从数据存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令以及向其发送数据和指令的至少一个可编程处理器。一般来说，处理器将从只读存储器和/或随机存取存储器接收指令和数据。适合于具体实施计算机程序指令和数据的存储装置包括任何形式的非易失存储器，包括例如半导体存储装置(如EPROM、EEPROM和闪速存储装置)、磁盘(如硬盘和可移动磁盘)、磁光盘和DVD光盘。前述的任何内容可以通过专门设计的专用集成电路(ASIC)来补充或集成于其中。
上文描述了由权利要求定义的本发明多个实施例。不过，要明确的是在不背离权利要求的本发明精神和范围的前提下可以对上述实施例进行各种修改。因此，其他实施例也属于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种方法，用于在存储媒体中分配存储空间以用于存储来自信息系统中运行的至少一个应用程序的数据到文件中，所述方法包括如下步骤：
当所述至少一个应用程序操作所述文件将数据存储在所述存储媒体上时，监视多个数据存储操作的至少一个特征(402，404)；
从所述多个数据存储操作的所述至少一个监视的特征识别出存储模式(406)；
基于所述识别的存储模式按需要确定将用于所述文件的附加数据的存储空间的量值(408)；以及
在存储媒体上对所述文件分配所述量值的存储空间，以用于所述附加的数据(410)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于识别所述存储模式的步骤包括确定所述存储模式的强度值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于确定存储空间量值的步骤包括基于所述存储模式的强度确定存储空间的量值。
4.一种用于将数据存储在计算机系统的文件中的方法，所述方法包括如下步骤：
监视所述文件的数据存储操作的至少一个特征(402和404)；
根据所监视的数据存储操作识别模式(406)；
确定所述模式的强度值(408)；以及
按需要基于所述识别的模式的强度值对所述文件分配用于存储数据的空间(410)。
5.一种方法，用于在存储媒体中分配存储空间以用于存储来自信息系统中至少一个应用程序的数据到文件中，所述方法包括如下步骤：
将来自所述至少一个应用程序的数据存储在所述文件中(402)；
存储有关所述数据存储操作的信息(404)；
请求模式识别功能处理所述存储的信息(406)；
从所述模式识别功能接收响应(408)；以及
基于来自模式识别功能的响应，按需要为所述文件分配附加的存储空间(410)。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于分配附加存储空间的步骤包括，基于所识别的存储模式分配选择的存储空间量。
7.一种信息系统、它包括：
处理器(102)；
与所述处理器连接的存储媒体(104)；
运行于所述处理器上的至少一个应用程序(例如108-1)，其中所述至少一个应用程序将数据存储在所述存储媒体上的至少一个文件(例如，110-1)；
运行于所述处理器上的模式识别功能(114)，设为识别所述应用程序将数据存储在所述文件中的模式；以及
运行于所述处理器上的文件系统功能(112)，所述文件系统功能基于从所述模式识别功能的输入为所述应用程序的文件在所述存储媒体上分配存储空间。
8.如权利要求7所述的信息系统，其特征在于每次向所述文件写入数据时，所述文件系统功能在历史高速缓存中存储信息。
9.如权利要求7所述的信息系统，其特征在于所述模式识别功能识别所述识别的模式的强度值。
10.一种信息系统、它包括：
处理器(102)；
与所述处理器连接的存储媒体(104)；
运行于所述处理器上的至少一个应用程序(例如108-1)，其中所述至少一个应用程序将数据存储在所述存储媒体上的至少一个文件；
用于识别所述应用程序将数据存储在所述文件中的模式的装置(114)；以及
分配装置(112)，用于基于来自所述识别模式装置的输入为所述应用程序的文件在所述存储媒体上分配存储空间。
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