CN1841317A - 文件系统和构建及增强文件系统功能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操作系统下的文件系统，该文件系统包括：入口的接口转换单元，管理单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，出口的接口转换单元。入口的接口转换单元连接应用程序单元与管理单元，管理单元连接入口的接口转换单元和物理文件系统单元，物理文件系统单元连接管理单元与顶部驱动单元，顶部驱动单元连接物理文件系统单元与出口的接口转换单元，和出口的接口转换单元连接顶部驱动单元与操作系统的驱动单元。本发明的文件系统，减少了Linux标准文件系统下的VFS单元，减少了内核尺寸，能实现各种用户自行定制的特殊事务处理，以及能方便地实现跨操作系统的移植。本发明还包括带有本发明文件系统的操作系统，以及涉及一种构建及增强文件系统功能的方法。

Description

文件系统和构建及增强文件系统功能的方法

技术领域

本发明涉及一种操作系统下的文件系统，和更具体，本发明涉及一种具有增强功能的文件系统，以及带有本发明文件系统的操作系统。本发明还涉及一种构建及增强文件系统功能的方法。

背景技术

在计算机系统中，文件是数据的逻辑组织和表现形式，通常要访问一个特定文件中的数据时，要通过文件系统的定位和组织，才能将文件按照可识别的逻辑形式表现出来。在现有技术中，一种操作系统一般可以支持多个不同的物理文件系统单元，如，Linux操作系统(Linux是Linus Torvalds在美国以及其他国家的注册商标或商标)可以支持的物理文件系统包括ext2，ext3，udf，jfs等等。为了可以用一种统一的方式，支持这些不同的物理文件系统，在Linux的内核中，应用程序单元与实际的物理文件系统单元之间，存在一个对于不同物理文件系统单元的统一接口单元VFS(Virtual File System)-虚拟文件系统，它作为一个转接开关来提供对于不同物理文件系统单元的支持。因此，虚拟文件系统也可称之为虚拟文件系统单元。VFS提供了一系列标准的操作函数集合来管理和操作各个具体的文件系统。在实际应用时，用户单元发出的各种文件操作指令通过系统调用被VFS单元所接收，VFS单元经过统一的调度和管理，根据设定，将操作指令发向具体的物理文件系统单元，进行处理，实现用户所要求的操作。

图1示出现有技术中Linux操作系统下标准的文件系统。如图1所示，标准的文件系统包括VFS单元10，物理文件系统单元20，可包括ext2，ext3，udf，jfs等具体的物理文件系统，和驱动单元30。如前所述，Linux操作系统采用VFS这一结构，来统一的调度和管理标准文件系统下的各个具体的物理文件系统。

虽然上述标准文件系统适应了对多种物理文件系统的协调控制，但是具有如下的缺点和不足：

第一，缺乏足够的灵活性，用户难以实现符合自己要求的特殊功能。在上述文件系统下，各个进程的调度、缓冲区维护、设备维护和相互的协调以及特定功能的实现均受VFS及操作系统的文件系统所约束，用户难以按照自己的要求对文件系统进行定制，增加或删除特定的功能，或进行用户需要的进程调度。

第二，现有的文件系统为适应多种文件系统的兼容，结构复杂，规模庞大。当我们需要定制小内核的操作系统，并且此时只需要一种或两种具体的文件系统时，以VFS为主体的标准文件系统，就显的过于臃肿，很多不必要的结构无法删除，成为系统负担。特别是当我们以嵌入式系统为目标系统时，这个问题尤为突出。

第三，不便于文件系统的跨平台移植。当我们需要将一个目标文件系统从一个操作系统平台向Linux操作系统平台移植，特别是当这个目标文件系统的内部写入了自行定制的各种算法，或者是此目标文件系统是按照原来操作系统对其的要求，进行组织的，此时，需要将其进行跨操作系统的移植以适应VFS标准文件系统将是十分困难的。VFS为了接入各个具体的目标文件系统，给出了super_block，file，inode，dentry等等多个数据接口结构。由于操作系统平台的不同，使一个原来不是Linux平台上的文件系统找到、适应、并接入上述的VFS的各个接口，即super_block，file，inode，dentry等等各个数据接口结构，是十分困难的事情。

中国专利申请，公开号CN 1553325A，提出了一种透明扩充文件系统功能的方法。其文件系统包括虚拟文件系统VFS单元和底层文件系统，在VFS单元标准调用接口和底层文件系统接口之间，还设置了一个夹层文件系统，当应用程序发出一个文件系统的请求的时候，系统调用接口先将该请求提交给VFS单元处理函数；VFS通过标准调用接口将请求提交给所述夹层文件系统；由该夹层文件系统进行特殊事务处理后，再将事务提交给底层的具体文件系统；最后由底层文件系统来实现实际的数据存取或输入输出。

该申请虽然增加了自己定制的夹层文件系统，可以实现一些自行定义的特殊功能。但是由于VFS的存在，系统进程调度，缓冲区维护，设备维护，内存管理等等方面仍然由VFS负责进行，使得利用自定义的夹层文件系统单元，去实现用户自行定制功能的空间和可能性，大大降低。同时由于此结构是在原有结构的基础之上添加新的内容，使得整个内核的体积进一步增大，不利于在嵌入式系统等资源受限系统的使用。同时，在文件系统的跨操作系统平台移植的过程中，该申请与现有的Linux标准文件系统没有区别，都包含VFS单元，移植仍然是十分困难的事情。由于操作系统平台不同，使得文件系统对上对下的接口也不同，这样从非Linux系统的文件系统提取适应于Linux接口而接入Linux系统是非常困难的事情，这个发明并没有完全解决上述问题。

因此，需要一种具有增强功能的文件系统，使得用户可以灵活的添加、删除自行定制的各种功能，可以对用户自行定制的文件系统方便地进行跨操作系统平台移植，以及可以最大限度的减小代码修改量，减小内核体积。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种具有增强功能的文件系统，使得用户可以灵活的增加、删除自行定制的各种功能；可以对用户自行定制的文件系统进行方便的跨操作系统平台移植；可以最大限度的减小代码修改量，减小内核体积；并且这种文件系统对原有的文件系统可以不产生任何破坏，可以根据需要启动或关闭。

本发明提供一种操作系统下的文件系统，所述文件系统包括：入口的接口转换单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，出口的接口转换单元，其中，所述入口的接口转换单元连接应用程序单元和所述物理文件系统单元，所述物理文件系统单元连接所述入口的接口转换单元与所述顶部驱动单元，所述顶部驱动单元连接所述物理文件系统单元与所述出口的接口转换单元，和所述出口的接口转换单元连接所述顶部驱动单元与操作系统的驱动单元。

本发明提供一种操作系统下的文件系统，所述文件系统包括：入口的接口转换单元，管理单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，出口的接口转换单元，其中所述入口的接口转换单元连接应用程序单元与所述管理单元，所述管理单元连接所述入口的接口转换单元和所述物理文件系统单元所述物理文件系统单元连接所述管理单元与所述顶部驱动单元，所述顶部驱动单元连接所述物理文件系统单元与所述出口的接口转换单元，和所述出口的接口转换单元连接所述顶部驱动单元与操作系统的驱动单元。

在本发明的文件系统中，所述入口的接口转换单元用于将输入的命令转换成被所述管理单元所接受的格式，所述管理单元，对输入的命令和数据进行处理，提供对物理文件系统的支持，所述物理文件系统单元包括所述物理文件系统，用于处理来自所述管理单元的命令和数据，命令和数据经由所述顶部驱动单元处理后，到所述出口的接口转换单元，所述出口的接口转换单元将来自所述顶部驱动单元的命令和数据转换为被操作系统的驱动单元接受的控制命令与数据，并将其提供给操作系统的驱动单元。

在本发明的文件系统，所述物理文件系统单元至少包括遵从标准协议的标准物理文件系统，用户定制的非标准物理文件系统，增加的物理文件系统，和从其他操作系统移植过来的、用户定制的物理文件系统中的一种，所述管理单元包括用于管理和实现这些物理文件系统所需要的通用和特殊功能。

本发明的文件系统，还可在所述管理单元中根据用户需要加入特定的功能定制，来实现该功能要求，提供该功能。

在本发明的文件系统，所述文件系统还可包括从另一操作系统移植过来的、带有与原操作系统或原硬件设备相关的信息的目标文件系统，所述目标文件系统与包括所述的文件系统相对应的管理单元、物理文件系统单元和顶部驱动单元的部分或全部。

本发明还提供一种带有本发明的文件系统的操作系统。该操作系统还可进一步包括含VFS的标准文件系统。

在操作系统中，本发明的文件系统可以是可随时加载到操作系统或从操作系统卸载的模块。本发明的文件系统也可作为操作系统内核的一部分加入该操作系统或从操作系统内核中去除。

本发明还提供一种构建及增强文件系统功能的方法，所述方法包括步骤：设置包括入口的接口转换单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，和出口的接口转换单元的文件系统，其中，应用程序单元连接所述入口的接口转换单元，所述入口的接口转换单元连接所述物理文件系统单元，所述物理文件系统单元连接所述顶部驱动单元，所述顶部驱动单元连接所述出口的接口转换单元，和所述出口的接口转换单元连接操作系统的驱动单元。所述方法还包括步骤，通过所述入口的接口转换单元将输入的命令进行转换后提供给所述物理文件系统单元，所述物理文件系统单元包括物理文件系统，处理来自所述入口的接口转换单元的命令和数据，命令和数据经由所述顶部驱动单元处理后，到所述出口的接口转换单元，通过所述出口的接口转换单元将来自所述顶部驱动单元的命令和数据转换为被操作系统的驱动单元接受的、硬件设备能识别的控制命令与数据，并将其提供给操作系统的驱动单元。

本发明还提供一种构建及增强文件系统功能的方法，所述方法包括步骤：设置包括入口的接口转换单元，管理单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，和出口的接口转换单元的文件系统，应用程序单元连接所述入口的接口转换单元，所述入口的接口转换单元连接所述管理单元，所述管理单元连接所述物理文件系统单元，所述物理文件系统单元连接所述顶部驱动单元，所述顶部驱动单元连接所述出口的接口转换单元，和所述出口的接口转换单元连接操作系统的驱动单元，其中，所述入口的接口转换单元用于将输入的命令转换成被所述管理单元所接受的格式，所述管理单元，对输入的命令和数据进行处理，提供对物理文件系统的支持，所述物理文件系统单元包括所述物理文件系统，用于处理来自所述管理单元的命令和数据，命令和数据经由所述顶部驱动单元处理后，到所述出口的接口转换单元，所述出口的接口转换单元将来自所述顶部驱动单元的命令和数据转换为被操作系统的驱动单元接受的、硬件设备能识别的控制命令与数据，并将其提供给操作系统的驱动单元。

本发明的构建及增强文件系统功能的方法，还包括实现通用和特殊事务处理的步骤，所述步骤包括：在所述物理文件系统单元设置遵从标准协议的标准物理文件系统和/或用户定制的非标准物理文件系统，所述管理单元提供管理和实现标准和/或非标准物理文件系统所需要的通用和特殊功能。同时还可以在所述管理单元中，根据用户需要，加入特定的功能定制，实现特定功能要求。更进一步，在特殊的情况下，可以省略所述管理单元，应用程序命令，通过入口的接口转换层，直接进入物理文件系统层。

本发明的构建及增强文件系统功能的方法，所述方法包括增加、删除某项功能的步骤，所述步骤进一步包括：在物理文件系统单元中增加、删除相应的物理文件系统，或在已有物理文件系统增加、删除与该项功能相应的部分，修改所述管理单元和顶部驱动单元，提供或删除相应的功能支持以及驱动功能。

本发明的构建及增强文件系统功能的方法还包括在所述管理单元中根据用户需要加入功能定制，来实现该功能要求，提供该功能的步骤。

本发明的构建及增强文件系统功能的方法，所述方法包括跨平台移植用户定制的功能的步骤，所述步骤进一步包括：在所述物理文件系统单元增加从另一个操作系统移植的用户定制物理文件系统，修改所述管理单元和顶部驱动单元，提供管理和实现被移植的所述物理文件系统所需要的通用和特殊功能以及驱动功能。

本发明的构建及增强文件系统功能的方法，还包括接入从另一操作系统移植过来的、带有与原操作系统或原硬件设备相关的信息的目标文件系统的步骤，所述步骤进一步包括在所述目标文件系统设置与所述的文件系统相应的管理单元、物理文件系统单元和顶部驱动单元，并且将与所述的文件系统的相应部分进行连接的步骤。

本发明的文件系统，减少VFS单元，并且根据需要设置管理单元，与现有技术相比，本发明的文件系统减少内核了尺寸，能实现各种用户自行定制的特殊事务处理，以及能方便实现地跨操作系统的移植。

附图说明

图1示出Linux下的VFS文件系统；

图2示出Linux本发明的文件系统以及标准的VFS文件系统；

图3示出uITRON系统中的文件系统；

图4示出根据本发明的一个实施例，将文件系统从uITRON系统向Linux系统移植的示意图；

图5示出本发明的一个实施例，在本发明的文件系统中对UDF物理文件系统添加实时性功能的示意图；

图6示出根据本发明的一个实施例，对于管理单元进行修改的示意图；和

图7示出根据本发明的实施例，对于顶部驱动单元进行修改的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明再作进一步的详细说明。

图2的右侧示出了本发明的文件系统。如图2所示，本发明的文件系统包括：文件系统入口的接口转换单元1，管理单元2，物理文件系统单元3，顶部驱动单元4，和出口的接口转换单元5。应用程序单元连接入口的接口转换单元1，入口的接口转换单元1连接所述管理单元2，管理单元2连接物理文件系统单元3，物理文件系统单元3连接顶部驱动单元4，顶部驱动单元4连接出口的接口转换单元5，和出口的接口转换单元5连接操作系统的驱动单元。

当一个应用程序向文件系统发出请求时，命令通过特定的方法，例如系统调用或是在原有已存在的系统调用的基础上进行扩展，提交给入口的接口转换单元1，通过接口转换，使得输入的命令被支持用户自行定义的物理文件系统的管理单元2所接受。管理单元2提供特殊事务处理，负责实现用户需要的各种定制，如进程的调度方法，实时性的算法，内存管理等等。如果对于这些特殊的定制没有需要，则这里的管理单元2可以省略。此后，进入物理文件系统单元3，在这里其中的物理文件系统可以是遵从标准协议的标准文件系统，也可以是经过用户自行算法定制的非标准文件系统，同时还可以是从其他平台上移植过来的包含较多原来操作系统“痕迹”的目标文件系统。这里的“痕迹”是指，可以保留原来操作系统平台对于标准物理文件系统实现的外层封装，例如，Linux操作系统对标准的物理文件系统，添加的基于VFS的封装。经过物理文件系统单元的处理，命令和数据经由顶部驱动单元以及出口的接口转换单元，转化为操作系统能识别的命令，输出文件系统部分，被操作系统原有的底层驱动单元接受，进行数据的进一步处理。

本发明的文件系统，可省略位于入口的接口转换单元1和物理文件系统单元3之间的管理单元2。因此，本发明的文件系统可包括文件系统入口的接口转换单元1，物理文件系统单元3，顶部驱动单元4，和出口的接口转换单元5，其中，由于省略了管理单元2，入口的接口转换单元1直接与物理文件系统单元3连接。省略管理单元2是一种比较特殊的情况，此时，该文件系统也能提供需要的事务处理。

本发明的文件系统，减少VFS单元，并且根据需要设置管理单元，与现有技术相比，本发明的文件系统减少内核了尺寸，能实现用户自行定制的特殊事务处理，以及能方便实现地跨操作系统的移植。

本发明的文件系统可单独用于一个操作系统中，也可与标准的文件系统并行使用。本发明的文件系统可以是在操作系统中已有的文件系统的基础上，平行的增加一个用户自行定制的文件系统，增加用户对文件系统的特定功能定制，动态加载，方便跨操作系统的移植，减少内核大小，实现各种特殊的应用。

在带有本发明的文件系统的操作系统中，应用程序中可设立编译开关，用于提供应用单元的命令进入标准文件系统还是进入本发明的文件系统的选择。应用单元的命令进入本发明的文件系统可以通过各种方法，其中包括，但不限于下列方式：

增加新的系统调用，这些新增加的系统调用指向本发明所述的文件系统。在应用程序中设立编译开关，当需要使用新型的文件系统时，打开编译开关，应用单元的文件系统的操作命令指向新增加的系统调用，应用单元的命令通过所述新增加的系统调用，进入本发明的文件系统。如打开编译开关，使得文件系统的操作命令，如open，close...等指向新增加的系统调用，使得应用单元的命令通过这些新增加的系统调用，进入操作系统内核中本发明所述的文件系统；当不需要使用基于本发明所述文件系统的文件系统算法实现时，可以关闭编译开关，使得应用程序的操作命令，仍旧指向Linux下标准的文件系统的入口，执行标准文件系统下的操作。

也可以在系统调用增加新的控制命令字，指向操作系统中本发明的文件系统的入口函数，来调用本发明的文件系统。如在原有的文件系统调用操作函数，如ioctl中，增加新的控制命令字，。通过应用程序的编译开关，使得open，close...等应用层文件操作函数由ioctl中对应的新增加的命令字所代表，通过原有的系统调用，进入操作系统的内核中本发明所述的文件系统。在内核中，以上述ioctl命令的新的命令字做代表的命令，在入口转换单元，被转接到定制的物理文件系统单元的入口中。

显然，在本发明的文件系统与标准的文件系统并行使用时，对于本领域人员来说，也可采用其它方式将应用单元的命令接入本发明的文件系统。

在本发明的文件系统，其管理单元2可以对物理文件单元中各个具体的物理文件系统进行管理和调度，并且可以用于实现用户需要的各种自行定义的文件系统功能，如进程调度、各种算法、内存管理等，当然也可用来实现一些通用的功能。如果用户对于目标的文件系统没有对应于管理单元的特殊功能要求时，管理单元可以取消。这样，用户的请求命令通过入口的接口转换单元直接进入物理文件系统单元。

在本发明的文件系统，当用户对一个目标文件系统，进行跨操作系统平台移植时，可以最大限度的保留原来操作系统对于物理文件系统单元的封装，极大的减少跨平台移植时的工作量和繁难程度。这里的“对于物理文件系统单元的封装”正如上文所述的“痕迹”，它是一个操作系统为保持其特定功能和操作，而在具体的物理文件系统外面所添加的一层封装，这层封装正如Linux操作系统中的VFS单元，或是uITRON操作系统中的GFM单元一样。

在本发明的文件系统，当进行物理文件系统的跨平台移植时，可以保留如上所述的原操作系统对物理文件系统单元的封装，为减少工作量，这样只需进行入口的接口转接工作，对需要移植的目标文件系统，无需进行很大的代码修改工作，就可以成功的完成移植工作。但当为了减少内核大小，适应资源有限的系统，如嵌入式操作系统时，此时如使用的目标文件系统是特定的某一个目标文件系统，就可以从应用单元，直接通过入口转换单元，将命令传输给管理单元或具体的目标文件系统，减少了VFS单元，这样可以减少内核的大小。在系统资源有限的嵌入式系统中，具有很大的优势。

在本发明的文件系统，物理文件系统单元中可包括遵从标准协议的标准物理文件系统，和/或用户定制的非标准物理文件系统，还可包括增加的物理文件系统，包括标准/非标准的物理文件系统，和从其他操作系统移植过来的、用户定制的标准/非标准物理文件系统，等等。显然，根据需要，本发明的物理文件系统单元可包括上述一种或多种物理文件系统，当然也可包括其它的能实现某项功能的内容或部分，等等。在本说明书中，用户不仅包括使用含本发明文件系统的操作系统最终用户，也包括与本发明的文件系统或含本发明文件系统的操作系统有关的其它方，包括，但不限于提供本发明的文件系统以及提供增加、删除、跨平台移植等服务的制造商和供应商，等等。

在本发明的文件系统，还可通过在管理单元中包括根据需要加入功能定制，如根据需要而加入的特定的功能定制，来实现该特定的功能定制，提供该功能，从而满足需要。

本发明的文件系统中，管理单元可包括数个提供通用和特殊功能的模块，顶部驱动单元可包括数个有通用或特殊驱动功能的模块，支持物理文件系统单元中的通用和特殊物理文件系统，提供通用和特殊的事务处理以及完成用户其他功能的特殊定制要求。当根据用户要求，需要增加或删除某项的功能时，可通过将该物理文件系统引入物理文件系统单元或从其删除，以及对管理单元和顶部驱动单元进行相应修改，如增加或删除相应的模块来对其进行修改。当根据用户要求，需要跨操作系统移植某项物理文件系统时，可将物理文件系统移植到本发明文件系统的物理文件系统单元，通过对管理单元和顶部驱动单元的相应修改来完成。因此，本发明的文件系统具有足够的灵活性，能按用户要求增加或删除某项功能，并且移植方便。

对于带有本发明的文件系统的操作系统，本发明的文件系统可作为操作系统内核的一部分。如本发明的文件系统以通过静态编译，成为操作系统内核的一部分，每次启动时可以自动加载，也可以通过模块的方法，即将本发明的文件系统作为一个模块，在需要的时候动态加载到操作系统，或动态地从操作系统卸载。加载时，由本发明的文件系统截获应用程序发向原文件系统的命令；卸载后，则恢复原来的操作流程，由标准文件系统的VFS单元接受应用程序的命令。

下面，根据本发明的一个实施例，即通过从uITRON操作系统上移植自行定制的目标文件系统到Linux系统的本发明的文件系统中的具体实施例，来说明本发明的文件系统对从其他平台上移植过来的包含较多原来操作系统“痕迹”的目标文件系统的移植，该移植是易于实现。

下面首先介绍本移植过程的技术背景。如图3所示，在uITRON下，带有物理文件系统，分别是UDFM与RFM，还带有GFM单元，同时，在UDFM与RFM中，其进程调度方式、数据结构、内存分配方式等等是按照用户自行定制的。也就是说这里需要移植的目标文件系统不是一个标准的VFS文件系统，而是经过用户特殊定制后的文件系统。

如果按照通常的移植方法，是考虑将这个目标文件系统的内部进行重新的调整，分离出纯粹的物理文件系统以及自行定制的算法单元两个部分，并进而用Linux文件系统中表示VSF文件系统的四个接口数据结构super_block，file，inode，dentry来重新表示目标文件系统的接口，再将自行定制的算法重新融合于Linux操作系统中，将是非常困难和难以完成的。

如图3所示，在uITRON系统中的文件系统部分包括GFM，UDFM，RFM，RE_RWDRIVE，RE_PRDRIVE，RE_PRWDRIVE，RE_RDRIVE，RE_UPPDRIVE等部分，在Linux系统中的标准文件系统包括VFS，UDF，CDROM.C等结构。此时我们需要采用本发明所述的文件系统。根据本发明所述的文件系统，将uITRON操作系统中文件系统的各部分设置成与本发明的文件系统相应的管理单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，其中，GFM单元设置为对文件系统进行进程调度、内存分配等工作的统一管理单元，UDFM与RFM为将具体的文件系统与特定的算法结合后的物理文件系统。其下的RE_RWDRIVE，RE_PRDRIVE，RE_PRWDRIVE，RE_RDRIVE，RE_UPPDRIVE是顶部驱动单元，它们用于实现特定的驱动功能。按图3箭头表示的流程线的方向，将uITRON操作系统中文件系统的各部分与本发明的文件系统中的相应部分进行连接，从而移植到本发明的文件系统，如图4右侧所示。此时，移植后的目标文件系统就是按照本发明所述的方式进行安排的。其中包括了I/F change 1，GFM，UDFM & RFM，RE_RWDRIVE &RE_PRDRIVE & RE_PRWDRIVE & RE_RDRIVE & RE_UPPDRIVE，I/F change 2它们分别对应了本发明的文件系统中的入口接口转换单元，管理单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，出口接口转换单元，这样，需要移植的用户的定制内容已经全部融合于本发明的文件系统中。

移植后，应用单元命令通过入口接口转换单元1，入口的接口转换单元1将输入的命令转换成被管理单元2所接受的格式，管理单元2对输入的命令和数据进行处理，提供对物理文件系统的支持，物理文件系统单元包括UDFM和RFM，处理来自管理单元2的命令和数据，然后，命令和数据经由顶部驱动单元4处理，此后通过出口的接口转换单元5，将命令请求传输到底层驱动单元，进而使驱动器按照设定的功能工作。显然，在移植时可对管理单元2和顶部驱动单元4进行修改，以适于与本发明的文件系统中的相应部分的连接。

其中由于目标文件系统涉及到了对C语言标准库函数以及与操作系统相关部分函数的调用，所以我们将目标文件系统进行移植之后，需要重新编写此类相关的函数。

在上面的实施例中采用了将目标文件系统进行整体移植的方式，避免了根据VFS的需要进行专用数据结构的接口连接，而这种接口连接的过程是十分困难的，同时本过程没有更改文件系统的内部结构、流程、算法，本过程仅仅涉及进、出接口部分的改写，添加了需要的标准C语言库以及系统相关部分。这一过程简单、清晰、工作量低，可以快速、有效的进行跨系统移植，并在Linux中建立需要的目标文件系统。

同时由于新移植的部分可以采用模块的方式，进行动态的移植，使得本发明的文件系统具有很大的灵活性，可以简单的随时进行添加和卸载。卸载之后，对于原来的操作系统内核，特别是原有的文件系统没有任何的影响。

本发明还提供一种构建及增强文件系统功能的方法，所述方法包括步骤：设置包括入口的接口转换单元，管理单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，和出口的接口转换单元的文件系统，应用程序单元连接所述入口的接口转换单元，所述入口的接口转换单元连接所述管理单元，所述管理单元连接所述物理文件系统单元，所述物理文件系统单元连接所述顶部驱动单元，所述顶部驱动单元连接所述出口的接口转换单元，和所述出口的接口转换单元连接操作系统的驱动单元，其中，所述入口的接口转换单元用于将输入的命令转换成被所述管理单元所接受的格式，所述管理单元，对输入的命令和数据进行处理，提供对物理文件系统的支持，所述物理文件系统单元包括物理文件系统，用于处理来自所述管理单元的命令和数据，命令和数据经由所述顶部驱动单元处理后，到所述出口的接口转换单元，所述出口的接口转换单元将来自所述顶部驱动单元的命令和数据转换为被操作系统的驱动单元接受的、硬件设备能识别的控制命令与数据，并将其提供给操作系统的驱动单元。

本发明的方法中，还可省略管理单元。在此情况下，本发明的方法包括将本发明的文件系统设置成包括入口的接口转换单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，和出口的接口转换单元，其中，由于省略了管理单元，入口的接口转换单元直接与物理文件系统单元连接。，本发明的方法还包括步骤，通过入口的接口转换单元将输入的命令进行转换后提供给物理文件系统单元，物理文件系统单元包括该物理文件系统，处理来自入口的接口转换单元的命令和数据，并将处理后的命令和数据经由所述顶部驱动单元，提供到出口的接口转换单元，通过出口的接口转换单元将来自顶部驱动单元的命令和数据转换为被操作系统的驱动单元接受的、硬件设备能识别的控制命令与数据后，再其提供给操作系统的驱动单元。本发明的方法在本发明的文件系统中省略管理单元是一种比较特殊的情况，省略后也能提供需要的事务处理。

本发明的构建及增强文件系统功能的方法，还包括实现通用和特殊事务处理的步骤，所述步骤包括：在所述物理文件系统单元设置遵从标准协议的标准物理文件系统和/或用户定制的非标准物理文件系统，所述管理单元提供管理和实现标准和/或非标准物理文件系统所需要的通用和特殊功能。

本发明的构建及增强文件系统功能的方法，还包括实现物理文件系统跨平台移植的步骤，所述步骤包括：将物理文件系统从一个操作系统移植到所述物理文件系统单元，修改所述管理单元，提供管理和实现被移植的所述物理文件系统所需要的通用和特殊功能。

本发明的构建及增强文件系统功能的方法，还包括接入从另一操作系统移植过来的、带有与原操作系统或原硬件设备相关的信息的目标文件系统的步骤，所述步骤进一步包括在所述目标文件系统设置与所述的文件系统相应的管理单元、文件算法实现单元和顶部驱动单元，并且将与所述的文件系统的相应部分进行连接的步骤。

在本发明的文件系统，也可进行目标物理文件系统的跨操作系统的移植，通过对管理单元和顶部驱动单元进行修改，使其提供支持移植的目标物理文件系统的通过和特殊功能，就能将目标物理文件系统从另一操作系统移植到本发明的文件系统中。

下面通过一个实施例，来说明在本发明的文件系统中添加用户要求的特殊功能。在本实施例中，可通过在已有物理文件系统中增加相应的功能，以及对管理单元和顶部驱动单元进行相应修改，使得在文件系统增加用户定制的某项功能。

现在，介绍如何在本发明的文件系统，在UDF物理文件系统的基础上添加实现实时性的功能。

UDF2.01的协议规范包括了两个部分，一个是标准部分，另一个是附加部分。标准部分实现了UDF文件系统的主体算法；而在附加部分中，规范定义了针对于实时性操作所需要的一些参数和方法。在现有的Linux不同的内核版本中，如Linux 2.4.20内核中实现的UDF 2.01版本和在Linux 2.6.1中实现的UDF 2.5，都是协议中的标准部分的实现。但是并没有实现协议中的附加部分，也就是并不支持实时性的功能。

对于现有的Linux文件系统，虽然可以经过努力在其中实现附加部分规定的实时性的功能，但是由于目前Linux文件系统采用了VFS的文件系统，使得上述的实时性功能，并没有显示出良好的性能。在VFS文件系统中，数据的进程管理、调度，内存的管理等方面均通过VFS中的若干数据结构实现，如inode等。当通过上述方式进行数据的传输的时候，所有的事务均由Linux内核中的特殊进程调度算法进行。而Linux的内核在实时性处理方面并没有进行专门的设计，这使得这种非直接的方式，导致了某些具有用户高优先级的进程不能够真的最快被处理。使得实时性的功能不能够完全实现。目前Linux各版本中的UDF部分，并没有包括标准UDF协议中扩展部分的实时性功能，也正是根源于此。

本发明所述的文件系统由于去除了VFS单元，并且引入了用户自定义的用户管理单元。所以可以通过专门的设计，良好支持上述实时性功能，解决标准Linux文件系统下，对于实时性功能支持不好的缺点。

图5示出在本实施例下本发明的文件系统。在标准UDF物理文件系统的基础上，在本发明的文件系统中增加实时性功能的流程或方法如下：

修改管理单元，使其除了常规的关于进程调度和内存管理的相关实现之外，还要根据实时性的要求添加实现UDF协议以及用户，关于实时性的特殊定制。这种特殊的定制，在此称为“修改1”，如图5中所示。

在UDF物理文件系统单元，添加具体实现UDF实时性功能要求的各种文件系统相关的算法、协议、规定，如果UDF已包含该实时性功能的话，本步骤可以省略。

修改顶部驱动单元，在这里，除了关于驱动的常规实现之外，还要添加实现UDF协议以及用户，针对实时性要求的特殊定制，在图5中称为“修改2”。

通过上述方法增加实时性功能后，本发明的文件系统就可提供实时性功能，实现这一特殊事务处理。具体流程如下：

1.应用程序的操作请求，首先进入输入的接口转换单元，在这里，操作请求的数据和参数等，将被翻译为用户定制的管理单元能够理解的命令语言。

2.然后，进入管理单元，在这里根据实时性的要求，除了常规的关于进程调度和内存管理的相关实现之外，还要实现UDF协议以及用户，关于实时性的特殊定制。

3.此后，数据流进入UDF物理文件系统单元，具体实现UDF要求的各种文件系统相关的算法、协议、规定。

4.从UDF算法实现单元输出后，数据流进入顶部驱动单元，在这里，除了关于驱动的常规实现之外，还要实现UDF协议以及用户，针对实时性要求的特殊定制。

5.最后，进入出口接口转换单元，在这里，将数据流中的各种数据，参数等转化为底层驱动单元能够理解的格式，输入到底层文件系统中。

在本发明方法中，“修改1”是通过在管理单元2中添加实时性判断和实时性处理等模块进行的。当数据流进入管理单元后，其流程可按照图6所示的方式进行：

1.进入管理单元后，首先进入“实时性判断模块”100，根据相应标志位的说明，系统判断此数据流是否为具有实时性的要求。

2.如果具有实时性的要求，那么进入“实时性处理模块”102，按照UDF协议规范进行相应的实时性功能的定制和实现。此步骤完成后，进到步骤4。

3.如果没有实时性的要求，那么进入“通用数据处理操作模块”101，进行相应的处理后，进到步骤4。

4.上述输出的数据流，进入进行其他功能处理的“其他功能管理模块”103，之后完成此部分的实现，进入UDF的算法实现单元。

在本发明方法中，“修改2”是通过在顶部驱动单元4中修改或添加数据流类型或实时性控制等模块进行的。当数据流进入顶部驱动单元后，其流程可按照图7所示的方式进行：

1.数据流经过UDF物理文件系统单元处理后，输出到顶部驱动单元。在这里首先判断传进来的数据流的类型，此功能由104模块实现。按照“一般数据流”，“流媒体数据流”和“实时性数据流”三种情况，分别进入对应的数据处理模块进行处理。上述三个模块分别在图中表示为105模块，106模块和107模块。

2.经过处理后，数据流进入顶部驱动单元中的其他控制部分，图中108模块。

3.经过顶部驱动单元的所有处理后，数据流进入出口接口转换单元。

为了使本文件系统在实际使用中更为灵活，此系统可以设计为一个可安装模块，在不用对于Linux内容的全部源文件进行重新编译的情况下，将此可安装模块动态的插入运行中的内核中，使之成为内核的一个有机整体，从而实现本发明所述的新型文件系统所具有的各项特殊的功能；或者从内核中移走已经安装了的模块，从而取消Linux内核对于新型文件系统的和各项特殊功能的支持。例如，在Linux中，其具体的实现方式使通过调用(module_init)(初始化新型文件系统)和(module_exit)(推出新型文件系统)来实现的。在初始化新型文件系统使，注册新型文件系统；而在推出新型文件系统使，取消已经注册的新型文件系统。

在本发明的构建及增强文件系统功能的方法中，还可包括通过在管理单元中根据需要加入功能定制，如某些特定的功能定制，来提供所定制的功能，实现该功能要求的步骤。

本发明还提供本发明的文件系统中增加、删除某项功能的增强文件系统功能的方法。如在物理文件系统单元中根据需要或定制增加、删除相应的物理文件系统，如提供该其功能的物理文件系统，或者在已有物理文件系统增加、删除与该项功能对应的相应部分，如具有该功能的部分，通过修改管理单元和顶部驱动单元，如根据增加的物理文件系统或在物理文件系统增加的相应部分，相应修改管理单元和顶部驱动单元，以提供管理和实现所增加的物理文件系统或相应部分所需要的通用和特殊功能以及驱动功能，进而实现功能，或者根据删除和物理文件系统或从物理文件系统删除相应部分，修改管理单元和顶部驱动单元，从中删除与之相对应的对该项功能的支持以及驱动功能，进行实现从本发明的文件系统删除该项功能。

本发明所述的一种操作系统下的文件系统，以及带有本发明文件系统的操作系统和一种构建及增强文件系统功能的方法，可以用在，但不限于下列产品和技术中：DVD录像机，DVD摄像机，硬盘录像机，硬盘摄像机，以及与DVD，硬盘等记录介质相关的产品、设备和技术。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同的替换，对于不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (19)

1.一种操作系统下的文件系统，所述文件系统包括：入口的接口转换单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，出口的接口转换单元，其中，所述入口的接口转换单元连接应用程序单元和所述物理文件系统单元，所述物理文件系统单元连接所述入口的接口转换单元与所述顶部驱动单元，所述顶部驱动单元连接所述物理文件系统单元与所述出口的接口转换单元，和所述出口的接口转换单元连接所述顶部驱动单元与操作系统的驱动单元。

2.一种操作系统下的文件系统，所述文件系统包括：入口的接口转换单元，管理单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，出口的接口转换单元，其中所述入口的接口转换单元连接应用程序单元与所述管理单元，所述管理单元连接所述入口的接口转换单元和所述物理文件系统单元所述物理文件系统单元连接所述管理单元与所述顶部驱动单元，所述顶部驱动单元连接所述物理文件系统单元与所述出口的接口转换单元，和所述出口的接口转换单元连接所述顶部驱动单元与操作系统的驱动单元。

3.如权利要求2所述的文件系统，其特征在于：所述入口的接口转换单元用于将输入的命令转换成被所述管理单元所接受的格式，所述管理单元，对输入的命令和数据进行处理，提供对物理文件系统的支持，所述物理文件系统单元包括所述物理文件系统，用于处理来自所述管理单元的命令和数据，命令和数据经由所述顶部驱动单元处理后，到所述出口的接口转换单元，所述出口的接口转换单元将来自所述顶部驱动单元的命令和数据转换为被操作系统的驱动单元接受的控制命令与数据，并将其提供给操作系统的驱动单元。

4.如权利要求3所述的文件系统，其特征在于所述物理文件系统单元至少包括遵从标准协议的标准物理文件系统，用户定制的非标准物理文件系统，增加的物理文件系统，和从其他操作系统移植过来的、用户定制的物理文件系统中的一种，所述管理单元包括用于管理和实现这些物理文件系统所需要的通用和特殊功能。

5.如权利要求3所述的文件系统，其特征在于所述管理单元还包括根据需要加入的功能定制，来提供该功能。

6.如权利要求3所述的文件系统，其特征在于，所述文件系统还包括从另一操作系统移植过来的、带有与原操作系统或原硬件设备相关的信息的目标文件系统，所述目标文件系统包括与所述的文件系统相对应的管理单元、物理文件系统单元和顶部驱动单元的部分或全部。

7.一种带有如权利要求1-6任何一个所述的文件系统的操作系统。

8.如权利要求7所述的操作系统，进一步包括含VFS的标准文件系统，其中，应用程序中设立编译开关，用于提供应用单元的命令进入标准文件系统还是进入如权利要求1-6任何一个所述的文件系统的选择。

9如权利要求8所述的操作系统，其特征在于，打开所述编译开关，应用单元的文件系统的操作命令指向新增加的系统调用，应用单元的命令通过所述新增加的系统调用，进入如权利要求1-6任何一个所述的文件系统。

10.如权利要求8所述的操作系统，其特征在于，在系统调用增加新的控制命令字，指向所述操作系统中的如权利要求1-6任何一个所述的文件系统的入口函数，来调用如权利要求1-6任何一个所述的文件系统。

11.如权利要求7所述的操作系统，其中，如权利要求1-6任何一个所述的文件系统作为一个模块，被随时加载到所述的操作系统或从该操作系统卸载。

12.如权利要求7所述的操作系统，其中，如权利要求1-6任何一个所述的文件系统可作为操作系统内核的一部分。

13.一种构建及增强文件系统功能的方法，所述方法包括步骤：

设置包括入口的接口转换单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，和出口的接口转换单元的文件系统，其中，应用程序单元连接所述入口的接口转换单元，所述入口的接口转换单元连接所述物理文件系统单元，所述物理文件系统单元连接所述顶部驱动单元，所述顶部驱动单元连接所述出口的接口转换单元，和所述出口的接口转换单元连接操作系统的驱动单元，

所述方法还包括步骤，通过所述入口的接口转换单元将输入的命令进行转换后提供给所述物理文件系统单元，所述物理文件系统单元包括物理文件系统，处理来自所述入口的接口转换单元的命令和数据，命令和数据经由所述顶部驱动单元处理后，到所述出口的接口转换单元，通过所述出口的接口转换单元将来自所述顶部驱动单元的命令和数据转换为被操作系统的驱动单元接受的、硬件设备能识别的控制命令与数据，并将其提供给操作系统的驱动单元。

14.一种构建及增强文件系统功能的方法，所述方法包括步骤：

设置包括入口的接口转换单元，管理单元，物理文件系统单元，顶部驱动单元，和出口的接口转换单元的文件系统，其中，应用程序单元连接所述入口的接口转换单元，所述入口的接口转换单元连接所述管理单元，所述管理单元连接所述物理文件系统单元，所述物理文件系统单元连接所述顶部驱动单元，所述顶部驱动单元连接所述出口的接口转换单元，和所述出口的接口转换单元连接操作系统的驱动单元，

所述方法还包括步骤，通过所述入口的接口转换单元将输入的命令转换成被所述管理单元所接受的格式，通过所述管理单元对输入的命令和数据进行处理，提供对物理文件系统的支持，在所述物理文件系统单元中包括所述物理文件系统，由此处理来自所述管理单元的命令和数据，命令和数据经由所述顶部驱动单元处理后，到所述出口的接口转换单元，通过所述出口的接口转换单元将来自所述顶部驱动单元的命令和数据转换为被操作系统的驱动单元接受的、硬件设备能识别的控制命令与数据，并将其提供给操作系统的驱动单元。

15.如权利要求14所述构建及增强文件系统功能的方法，其特征在于，所述方法包括实现通用和特殊事务处理的步骤，所述步骤包括：在所述物理文件系统单元设置遵从标准协议的标准物理文件系统和/或用户定制的非标准物理文件系统，和通过所述管理单元提供管理和实现标准和/或非标准物理文件系统所需要的通用和特殊功能。

16.如权利要求14或15所述构建及增强文件系统功能的方法，其特征在于，所述方法包括在所述管理单元中根据用户需要加入功能定制，来实现该功能要求的步骤

17.如权利要求14或15所述构建及增强文件系统功能的方法，其特征在于，  所述方法包括增加、删除某项功能的步骤，所述步骤进一步包括：在物理文件系统单元中增加、删除相应的物理文件系统，或在已有物理文件系统增加、删除与该项功能相应的部分，修改所述管理单元和顶部驱动单元，提供或删除相应的功能支持以及驱动功能。

18.如权利要求14或15所述构建及增强文件系统功能的方法，其特征在于，  所述方法包括跨平台移植用户定制的功能的步骤，所述步骤进一步包括：在所述物理文件系统单元增加从另一个操作系统移植过来的用户定制的物理文件系统，修改所述管理单元和顶部驱动单元，提供管理和实现被移植的所述物理文件系统所需要的通用和特殊功能以及驱动功能。

19.如权利要求14或15所述的构建及增强文件系统功能的方法，其特征在于，所述方法包括接入从另一操作系统移植过来的、带有与原操作系统或原硬件设备相关的信息的目标文件系统的步骤，所述步骤进一步包括在所述目标文件系统设置与所述的文件系统相应的管理单元、物理文件系统单元和顶部驱动单元，并且将其与所述的文件系统的相应部分进行连接的步骤。

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