CN1866211A

CN1866211A - 强制卸载文件系统的方法

Info

Publication number: CN1866211A
Application number: CNA2005101246334A
Authority: CN
Inventors: 林恩智; 金东郁; 车圭一; 郑盛仁
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Current assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-11-14
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2025-11-14
Also published as: CN1866211B; KR100637932B1

Abstract

公开了一种卸载文件系统的方法。在本发明的卸载方法中，响应于对特定文件系统的强制卸载请求，确定要卸载的文件系统是否是根文件系统。如果要卸载的文件系统不是根文件系统，则禁止其它进程访问要卸载的文件系统和属于该文件系统的文件。终止正在执行存在于要卸载的文件系统中的程序的第一进程。唤醒等待获取关于要卸载的文件系统中的所有打开文件的锁的第二进程，并且删除所述锁。在不影响打开了要卸载的文件系统中的文件的第三进程的情况下，关闭所有打开的文件。向在要卸载的文件系统中存在的目录上正执行的第四进程通知该目录不再可用。使用卸载操作卸载该文件系统。据此，本发明的优点在于，其可以强制卸载文件系统而不影响整个系统。

Description

强制卸载文件系统的方法

技术领域

本发明一般涉及文件系统，并特别涉及一种强制卸载文件系统的方法。

背景技术

通常，文件系统是通过安排规则以便于检索存储在硬盘驱动器上的数据的读和写而实现的。例如，文件系统指的是为文件加标题以及指示文件所置于的位置以进行存储和检索的系统。

这样的文件系统作为计算机操作系统(OS)-例如作为开放源码(opensource)OS的微软的Windows、UNIX、和Linux-的核心技术的一部分而存在。作为文件系统的代表性示例，存在有扩展文件系统2(EXTended file system 2，EXT2)、全局文件系统(GFS)等等。

同时，Linux作为一种OS，特征是支持各种类型的文件系统。因而，采用Linux作为OS(下文中称之为“Linux系统”)的服务器系统引入了虚拟文件系统的概念并且支持各种类型的文件系统。

图1是示出了Linux系统的构造的示意图。参考图1，Linux系统被划分为：用户区域A，其中运行用户进程110；内核区域B，其中包括Linux文件系统；和硬件区域C，其中包括各种设备(例如，字符设备310、块设备320和网络设备330)。

特别地，内核区域B包括各种文件系统(例如，ext2 220、ext3 230、msdos 240和nfs 250)、虚拟文件系统(VFS)210和设备驱动器260。

虚拟文件系统210将各个文件系统(例如，ext2 220、ext3 230、msdos 240和nfs 250)连接到位于比文件系统高的层的用户进程110。

设备驱动器260将各种文件系统(例如，ext2 220、ext3 230、msdos 240和nfs 250)连接到置于硬件区域C中的多个设备(例如，字符设备310、块设备320和网络设备330)。

在这种情况下，虚拟文件系统210为每个文件系统(例如，ext2 220、ext3 230、msdos 240和nfs 250)提供公共接口，从而将文件系统连接到用户进程110。因而，当对各种文件系统(例如，ext2 220、ext3 230、msdos 240和nfs 250)执行操作时，用户应用程序可以使用相同的标准UNIX系统调用。例如，虚拟文件系统210将通过用户进程110输入的各种函数(例如，read()、write()等等)以在调用该函数时的实际文件系统所支持的函数替代。

同时，虚拟文件系统210包括“对象”以代表虚拟文件系统210和装载在虚拟文件系统210中的各种文件系统(例如，ext2 220、ext3 230、msdos 240和nfs 250)，从而管理所述各种文件系统(例如，ext2 220、ext3 230、msdos 240和nfs 250)。

虚拟文件系统210中使用的基本对象的类型包括“超块对象”、“信息节点(inode)对象”、“文件对象”和“目录项(dentry)对象”。各个对象包括下述信息。

“超块对象”存储关于装载在虚拟文件系统210中的文件系统的信息，而“信息节点对象”存储关于特定文件的典型信息。在这种情况下，每个“信息节点对象”涉及用于唯一标识文件系统中的特定文件的单个信息节点编号。

同时，“文件对象”存储关于已打开文件与进程之间交互的信息。该信息仅在每个进程访问对应文件时才存在于内核存储器中。例如，文件对象包含诸如将开始发生下一操作的文件中的当前位置的信息。

此外，“目录项对象”存储关于目录项与对应文件的链接的信息。

特别地，虚拟文件系统210通过“超块对象”而管理装载在Linux系统中的文件系统列表。因而，当Linux系统被初始化时，每个实际文件系统(例如，ext2 220、ext3 230、msdos 240和nfs 250)在虚拟文件系统210中注册其自身。

同时，Linux系统所使用的文件系统(例如，ext2 220、ext3 230、msdos 240和nfs 250)不是通过设备标识符被访问，而是被装载在系统的目录树上，使得这些文件系统看来象单个文件系统。其中以这种方式装载了各种文件系统(例如，ext2 220、ext3 230、msdos 240和nfs 250)的单个文件系统是虚拟文件系统210。

因而，在Linux系统中，只存在单个层次目录结构。所有目录都从以“/”表示的根目录开始，并且逐步下移到较低层目录。当特定文件系统被新装载在Linux系统中时，该文件系统必须装载在该目录结构中。相反，当不使用特定文件系统时，必须卸载该文件系统。

如果装载了文件系统(例如，ext2 220)，则虚拟文件系统210分配新超块对象以存储关于所装载的文件系统(例如，ext2 220)的信息，从所装载的文件系统220的物理设备读取文件系统信息，并用该文件系统信息填充该超块对象。在这种情况下，超块对象包括诸如文件系统类型、块大小、文件系统状态、文件系统中打开文件的列表等信息。

同时，在盘中出现故障或者需要系统升级时，使用热交换(hot-swap)盘或网络文件系统的服务器系统必须卸载对应的文件系统以替换盘。但是，如果在该文件系统上存在当前的进程或者打开文件，则该文件系统处于“忙(BUSY)”状态。当文件系统处于“忙”状态时，以常规卸载方法不能卸载该文件系统。

在这种情况下，在现有技术中不可避免地必须关闭系统(例如，计算机)。

这时，如果存在不管该文件系统如何正在进行的另一任务，则系统(例如，计算机等)必须重启以继续该任务。即，系统(例如，计算机等)在卸载对应文件系统之后必须重启。

因而，强制卸载处于“忙”状态的文件系统的常规方法的问题在于由于系统重启而引起代价。特别地，在大规模服务器系统的情况下，重启系统的代价进一步增加。

发明内容

据此，鉴于现有技术中出现的上述问题而作出了本发明，并且本发明的一个目的是提供一种强制卸载文件系统的方法，该方法防止导致归因于服务器系统重启的成本。

本发明的另一目的是提供一种卸载文件系统的方法，该方法强制卸载处于“忙”状态的文件系统，而无需关闭服务器系统的电源。

本发明的另一目的是提供一种卸载文件系统的方法，该方法卸载特定文件系统，而在服务器系统中卸载该文件系统时，不影响独立于该文件系统操作的进程和文件。

为了实现上述目的，本发明提供了一种卸载文件系统的方法，包括下述步骤：a)响应于对特定文件系统的强制卸载请求，确定要卸载的文件系统是否是根文件系统；b)如果要卸载的文件系统不是根文件系统，则禁止其它进程访问该要卸载的文件系统和属于该文件系统的文件；c)终止正在执行存在于要卸载的文件系统中的程序二进制文件的第一进程；d)唤醒正在等待关于要卸载的文件系统中的所有打开文件的文件锁的第二进程，并且删除该锁；e)在不影响打开了要卸载的文件系统中的文件的第三进程的情况下，关闭所有打开的文件；f)向正在要卸载的文件系统中存在的目录上执行的第四进程通知该目录不再可用；以及g)使用卸载操作卸载该文件系统。

附图说明

图1是示出Linux系统的构造的示意图；

图2是根据本发明实施例的卸载文件系统的方法的流程图；

图3和4是示出根据本发明实施例的用于执行卸载文件系统的方法的文件系统的数据结构的视图；

图5是示出根据本发明实施例的禁止访问要卸载的文件系统和属于该文件系统的文件的状态的视图；以及

图6是示出根据本发明实施例的释放内存映射的处理的视图。

具体实施方式

参考附图描述本发明的优选实施例。在本发明的下面描述中，如果确定对相关的公知功能和构造的详述可能使本发明的要点不清楚，则将省略该详述。

图2是根据本发明实施例的卸载文件系统的方法的流程图。图2图示了当用户请求在采用Linux作为操作系统(OS)的服务器系统中强制卸载特定的活动(active)文件系统时、处理强制卸载请求的方法的实施例。

参考图2，将详细描述根据本发明实施例的卸载文件系统的方法。

首先，如果在步骤S105用户请求强制卸载特定文件系统，则在步骤S110服务器系统确定要强制卸载的文件系统是否是根文件系统。

通常，某设备必须作为根文件系统装载的事实被记录在服务器系统的系统设置文件中，并且当首次启动服务器系统时，该事实被从该系统设置文件中读出并且被加载到内核的数据结构中。即，该事实被加载到服务器系统的内存中。此外，关于系统中所装载的文件系统的信息也被加载到内存中。同时，用户在请求强制卸载时一起输入指示要卸载的文件系统的选择信息。

因而，步骤S110优选地通过下述操作来执行：基于由用户输入的文件系统选择信息而检测内存中关于要强制卸载的文件系统的信息和关于根文件系统的信息(即，内核中的数据结构)，并且确定关于要强制卸载的文件系统的信息是否等同于关于根文件系统的信息。

如上所述，在图3和4中举例说明了利用内核的数据结构执行步骤S110的方法。

图3和4是示出了根据本发明实施例的用于执行卸载文件系统的方法的文件系统的数据结构的视图。在图3的示例中，task_struct 211表示用于存储关于正在执行的进程的信息的数据结构，fs_struct 212表示用于存储指示进程和文件系统之间的交互的信息的数据结构，而vfsmount 213表示用于存储关于在服务器系统中装载的文件系统的信息的数据结构。此外，在图4的示例中，vfsmntlist 214表示用于管理关于装载在服务器系统中的所有文件系统的信息的列表；vfsmount 215类似于图3的vfsmount 213，表示用于存储关于装载在服务器系统中的文件系统的信息的数据结构；以及super_block 216表示用于存储关于每个文件系统的信息的数据结构。

参考图2到4，下面详细描述步骤S110。

如果在步骤S105请求强制卸载特定文件系统，则服务器系统在图3中所示的task_struct 211中检测正在执行的进程信息。例如，使用由task_struct 211的*fs指示的指针信息来得到fs_struct 212，以及使用由fs_struct 212的*rootmnt指示的指针信息来得到vfsmount 213。通过上面的过程，服务器系统检测关于装载在其中的根文件系统的信息。

此外，服务器系统使用在步骤S 105处请求强制卸载时与强制卸载请求一起接收到的文件系统信息，来在vfsmntlist 214中检测关于要强制卸载的文件系统的信息。例如，从vfsmntlist 214中得到vfsmount 215，即关于要强制卸载的文件系统的装载信息。

优选地，步骤S110将由图3示例中的过程检测到的关于根文件系统的信息(即vfsmount 213)与由图4示例中的过程检测到的关于要强制卸载的文系统的信息(即vfsmount 215)相比较，由此确定被请求强制卸载的文件系统是否是根文件系统。即，如果将vfsmount 213与vfsmount 215互相比较且两者彼此等同，则优选地确定所述被请求强制卸载的文件系统是根文件系统。

如果在确定步骤S110确定要强制卸载的文件系统是根文件系统，则不执行卸载过程。即，因为当卸载根文件系统时不能正常操作服务器系统，所以不执行步骤S110之后的步骤。

此外，如果在步骤S110要强制卸载的文件系统不是根文件系统，则服务器系统启动强制卸载进程。

首先，服务器系统执行访问禁止步骤S115，以便禁止其它进程访问要强制卸载的文件系统和属于该文件系统的文件。

对于该步骤，如图4所示，服务器系统在vfsmount 215中检测用于存储要强制卸载的文件系统的个体信息的super_block 216，并且在super_block 216中检测关于属于要强制卸载的文件系统的文件对象217、218和219的信息，所述vfsmount 215是关于要强制卸载的文件系统的装载信息。此外，服务器系统以该文件系统正经历强制卸载操作的事实标记该超块和这些文件对象。例如，super_block 216的s_flags字段的值和文件对象217、218和219的f_flags字段的值被设置为“fumount”。

在图5中，描绘了访问禁止步骤S115的执行结果的示例。即，图5是示出了根据本发明实施例的禁止访问要卸载的文件系统和属于该文件系统的文件的状态的视图。参考图5，为了执行访问禁止，服务器系统将用于存储关于要强制卸载的文件系统的信息的super_block 216的s_flags字段的值与属于该文件系统的文件对象(第一文件对象217、第二文件对象218和第三文对象219)的f_flags字段的值设置为<fumount>。然后，企图访问该文件系统和文件对象的进程确认该字段值，并且然后放弃该访问企图。

例如，如果第一进程111、第二进程113、第三进程115和第四进程117的每个激活(invokes)对访问该文件系统和属于该文件系统的文件的文件操作的系统调用，则服务器系统确认super_block 216的s_flags字段的值与文件对象(第一文件对象217、第二文件对象218和第三文件对象219)的f_flags字段的值，以便检测该文件系统和属于该文件系统的文件的状态。此外，如果字段值是指示强制卸载状态的<fumount>，则服务器系统向对应的进程返回“错误”。例如，由于对应的文件系统或者文件对象处于强制卸载状态，所以服务器系统向该进程传送指示访问不可能的“错误消息”。因而，当特定文件系统被强制卸载时，其它进程不能访问或者修改该文件系统。

如果禁止访问要强制卸载的文件系统和属于该文件系统的文件，则在步骤S120，服务器系统释放映射到要强制卸载的文件系统中的所有打开文件的内存映射。

图6是示出了根据本发明实施例的内存映射释放处理S120的视图。通常，文件对象10包括内核区域中的地址空间信息11。在地址空间信息11中，存储了指示文件所映射到的内存区域(例如，连续虚拟内存区域20、30和40的列表)的信息。处理S120指示当前映射该文件的所有内存区域的去除映射(unmap)过程。

图6图示了多个连续虚拟内存区域20、30和40连接到文件对象10的状态和通过用于去除内存映射的特定函数(例如，munmmap函数50)释放该连接状态的状态的示例。即，在图6的示例中，S11、S13和S15表示文件对象10被映射到多个虚拟内存区域20、30和40的状态。此外，S21、S23和S25表示文件对象10到虚拟内存区域20、30和40的映射被去除的状态。

该步骤S120影响下述进程，该进程正在执行存在于要强制卸载的文件系统中的程序二进制文件。即，如果存在正在执行存在于要强制卸载的文件系统中的程序二进制文件的进程(下文中，称该进程为“第一进程”)，则该文件被映射到内存中。如果该内存映射被去除，则该第一进程以“分段故障(segmentation fault)”终止。换言之，执行存在于要强制卸载的文件系统中的程序二进制文件的进程与内存映射的去除一起终止。

当以这种方式完成内存映射的去除时，服务器系统唤醒等待关于要强制卸载的文件系统中打开的所有文件的锁定的文件锁的进程(下文中，称该进程为“第二进程”)，并且在步骤S125删除这些文件锁。然后，被唤醒的第二进程将企图再次获得关于对删除了文件锁的文件的文件锁。但是，由于在步骤S 1]5，该文件的标志值被设置为“强制卸载”，所以服务器系统向第二进程返回错误。即，服务器系统引起第二进程中的错误。

当执行了上述进程时，存在于要强制卸载的文件系统中的所有打开文件准备关闭。

但是，每个文件必须在原始打开该文件的进程的情境(context)中被关闭。即，该进程是执行其预置代码的正在执行的单个程序。因而，在执行该进程期间打开的文件必须由该进程关闭，而内核是不可能允许该进程关闭该文件的。例如，如果文本编辑器程序打开了某文本文件，则操作系统不能任意地允许编辑器程序关闭该文件。如果内核仍然任意地且强制地关闭该打开文件，则终止最初打开该文件的进程或者引起严重故障。但是，本发明旨在仅处理要强制卸载的文件系统和属于该文件系统的文件，以便该强制卸载操作影响最少的进程。因而，当关闭该文件时，不能破坏(kill)打开该文件的进程并且不能引起严重故障。即，打开该文件的进程必须保持激活。

对于此操作，本发明在步骤S130复制了存在于要强制卸载的文件系统中的所有打开的文件对象，并且在步骤S135将原始文件对象去活(deactivate)。在这种情况下，复制文件对象指的是额外分配了新文件对象，并且将原始文件对象的所有字段值复制到该新文件对象。同时，服务器系统优选地通过将原始文件对象的标志值设置为“DEFUNCT”而将原始文件对象的状态去活。就以这种方式去活的原始文件对象而言，如果打开该文件的进程后来接收到关闭请求，则仅执行释放文件的文件对象的任务。在这种情况下，操作系统并不调用关闭文件所需要的另一系统函数。

如果已经完成对存在于要强制卸载的文件系统中的所有打开文件的复制，则在步骤S140，服务器系统使要强制卸载的文件系统中打开文件的所有数据与存储设备上的数据同步，并在步骤S145，关闭复制的文件。例如，服务器系统在将在要强制卸载的文件系统中的打开文件的缓存中存储的所有数据记录于存储设备中之后，必须关闭这些文件。对于该操作，服务器系统优选地对复制文件执行刷新操作(也称作“fsync操作”)。通过这种方式，尽管打开原始文件的进程继续执行，但是可以获得与关闭原始文件的情况同样的效果。即，可以获得与关闭对应的文件的情况同样的效果，而不会导致破坏打开原始文件的进程或者导致进程中的严重故障。

通过这种方式，可以将文件的数据与存储设备的数据同步，并且可以将文件信息记录于存储设备中。之后，当打开原始文件的进程关闭该文件时，该文件的状态是“DEFUNCT”，从而仅执行释放文件对象的任务。即，除了释放文件对象外的其他功能并不发生。

如上所述，当已经完成要强制卸载的文件系统中的打开文件的处理时，在步骤S150服务器系统必须操纵正在存在于要强制卸载的文件系统中的目录上运行的进程。即，服务器系统向该进程通知在其上正执行该进程的目录不再可用。对于该操作，服务器系统优选地将要强制卸载的文件系统中的正在执行的所有进程的当前工作目录信息修改为NULL。

这些进程可以以后使用“cd”命令改变工作目录。即，要强制卸载的文件系统中的正在执行的进程(下文中称之为“第三进程”)没有被终止，并且在该第三进程中没有引起错误。因而，每个第三进程可以稍后使用“cd”命令移动到另一目录，并且可以正常地执行任务。

如果已经完成上述进程，则要强制卸载的文件系统的引用计数减少，从而要强制卸载的文件系统进入不同于忙状态的另一状态。因而，在步骤S155，服务器系统使用正常的卸载操作来卸载文件系统。

如上所述，本发明提供了一种卸载文件系统的方法，其强制卸载处于忙状态的文件系统，而无需关闭服务器系统并且不影响独立于该文件系统操作的进程和文件，从而防止导致可归因于服务器系统的重启的代价。例如，本发明的文件系统卸载方法的优点在于，即使文件系统中存在打开的文件、存在正在执行在文件系统中存在的程序二进制文件的进程、或者正在执行的进程的任务目录属于文件系统，也可以强制卸载该文件系统，而不影响整个服务器系统。因而，本发明的优点在于，其在文件系统的强制卸载过程中可以确保打开文件的同步，并且可以替换盘而无需关闭系统。此外，本发明的强制卸载方法的优点在于，其是在Linux的虚拟文件系统层实现的，从而不管更低的文件系统的类型如何都可以应用本发明。

尽管已出于示例说明的目的而公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员应理解，在不背离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替代都是可能的。

Claims

1.一种强制卸载文件系统的方法，包括下述步骤：

a)响应于对特定文件系统的强制卸载请求，而确定要卸载的文件系统是否是根文件系统；

b)如果要卸载的文件系统不是根文件系统，则禁止其它进程访问该要卸载的文件系统和属于该文件系统的文件；

c)终止正在执行存在于要卸载的文件系统中的程序二进制文件的第一进程；

d)唤醒正在等待关于要卸载的文件系统中的所有打开文件的文件锁的第二进程，并且删除所述锁；

e)在不影响打开了要卸载的文件系统中的文件的第三进程的情况下关闭所有打开的文件；

f)向在要卸载的文件系统中存在的目录上正在执行的第四进程通知该目录不再可用；以及

g)使用卸载操作卸载该文件系统。

2.如权利要求1所述的卸载方法，其中，所述步骤a)包括下述步骤：

检测关于在启动其中装载了要卸载的文件系统的服务器系统时加载到内存中的根文件系统的信息；

基于在请求强制卸载时输入的选择信息，检测关于要卸载的文件系统的信息；以及

将关于根文件系统的信息与关于要卸载的文件系统的信息进行比较。

3.如权利要求1所述的卸载方法，其中，执行所述步骤b)来将下述数据结构的字段值之中的指示要卸载的文件系统和属于该文件系统的文件的状态的标志值设置为“强制卸载状态”，在该数据结构中存储了关于要卸载的文件系统和属于该文件系统的文件的信息。

4.如权利要求1所述的卸载方法，其中，执行所述步骤c)来去除要卸载的文件系统中的所有打开文件的内存映射。

5.如权利要求1所述的卸载方法，其中，所述步骤d)包括下述步骤：

唤醒所述第二进程；

删除要卸载的文件系统中所有打开文件的文件锁；以及

响应于第二进程访问下述文件的企图而在第二进程中引起错误，其中，对所述文件，在步骤b)禁止了对其的访问，并在文件锁删除步骤删除了其文件锁。

6.如权利要求1所述的卸载方法，其中，所述步骤e)包括下述步骤：

复制要卸载的文件系统中所有打开文件的文件对象；

将复制文件对象的原始文件对象去活；

将要卸载的文件系统中的打开文件的数据与存储设备的数据同步；以及

关闭复制文件对象。

7.如权利要求1所述的卸载方法，其中，执行所述步骤f)来将要卸载的文件系统中正运行的所有进程的当前工作目录信息修改为NULL。