本發(fā)明涉及文件系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)訪問(wèn)的文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

隨著NVDIMM、3D Xpoint等新型存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展及IBM對(duì)存儲(chǔ)級(jí)內(nèi)存(Storage Class Memory，SCM)架構(gòu)的提出，基于混合內(nèi)存系統(tǒng)架構(gòu)及管理的非易失存儲(chǔ)NVM成為研究熱點(diǎn)。新型存儲(chǔ)技術(shù)SCM具有非易失性、讀快寫快、功耗低等特點(diǎn)，但與DRAM相比仍有差距，有限的寫擦循環(huán)壽命也降低了系統(tǒng)的可靠性。現(xiàn)有技術(shù)中，基于新型存儲(chǔ)技術(shù)SCM提出過(guò)多種內(nèi)存組織方式和優(yōu)化方法。

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)正以前所未有的速度不斷增長(zhǎng)和累積。如何管理和組織這些數(shù)據(jù)，對(duì)傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。盡管當(dāng)前的文件系統(tǒng)為應(yīng)用提供了一種易用的數(shù)據(jù)組織方式，然而該數(shù)據(jù)組織方式是基于塊設(shè)備的硬件特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，無(wú)法充分發(fā)揮SCM可隨機(jī)訪問(wèn)的性能特點(diǎn)。因此，如何有效地組織數(shù)據(jù)，讓應(yīng)用程序能夠以更接近內(nèi)存的方式使用和訪問(wèn)，而又能保持文件系統(tǒng)可靠、易維護(hù)和共享等優(yōu)勢(shì)，最大化地提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效率成為亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)訪問(wèn)的文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，采用N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)管理該文件系統(tǒng)所存儲(chǔ)在物理地址空間的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)在物理存儲(chǔ)空間內(nèi)的隨機(jī)存儲(chǔ)，而無(wú)需按文件邏輯順序在物理地址空間順序存儲(chǔ)，從而最大化地提高文件系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)訪問(wèn)的文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以頁(yè)為單位來(lái)管理文件系統(tǒng)所有的文件數(shù)據(jù)；在文件系統(tǒng)中設(shè)置iNode區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，所述數(shù)據(jù)區(qū)包括節(jié)點(diǎn)頁(yè)和數(shù)據(jù)頁(yè)，所述數(shù)據(jù)頁(yè)用于存儲(chǔ)文件數(shù)據(jù)，所述節(jié)點(diǎn)頁(yè)用于存儲(chǔ)N-ary樹(shù)中下一級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)或數(shù)據(jù)頁(yè)的物理地址；所述iNode區(qū)中所存儲(chǔ)的iNode節(jié)點(diǎn)包括N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)字段和N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段，所述N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)字段用于存儲(chǔ)文件所采用N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的級(jí)數(shù)，所述N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段用于存儲(chǔ)文件第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)的起始物理地址；以文件所對(duì)應(yīng)的第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)頁(yè)號(hào)為根節(jié)點(diǎn)，以第(N-1)級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)頁(yè)號(hào)為第1級(jí)子節(jié)點(diǎn)，以此類推，以第1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)頁(yè)號(hào)為第(N-1)級(jí)子節(jié)點(diǎn)，形成一個(gè)N-ary樹(shù)以對(duì)該文件的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理；其中第1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)為數(shù)據(jù)頁(yè)；N-ary樹(shù)的遍歷順序?yàn)閿?shù)據(jù)頁(yè)的邏輯順序。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)頁(yè)和所述節(jié)點(diǎn)頁(yè)在所述數(shù)據(jù)區(qū)混排。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)頁(yè)和所述節(jié)點(diǎn)頁(yè)是在向文件寫入數(shù)據(jù)時(shí)動(dòng)態(tài)分配的；向文件寫入數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)寫入地址判定數(shù)據(jù)頁(yè)是否已經(jīng)存在，若不存在，則分配數(shù)據(jù)頁(yè)，并補(bǔ)齊該數(shù)據(jù)頁(yè)至根節(jié)點(diǎn)間路徑上所需的節(jié)點(diǎn)頁(yè)。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，文件系統(tǒng)創(chuàng)建文件時(shí)，包括以下步驟：

分配一個(gè)iNode節(jié)點(diǎn)；

指定文件所采用的N-ary樹(shù)的級(jí)數(shù)N，為文件分配一個(gè)第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)；

將第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)的物理地址寫入文件對(duì)應(yīng)的iNode節(jié)點(diǎn)的N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段；

將文件所采用的N-ary樹(shù)的級(jí)數(shù)N寫入所分配的iNode節(jié)點(diǎn)中的N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)字段。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，在同一個(gè)文件系統(tǒng)內(nèi)，不同的文件能夠擁有不同的N-ary樹(shù)的級(jí)數(shù)。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，文件所采用的N-ary樹(shù)的級(jí)數(shù)能夠動(dòng)態(tài)增加。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，觸發(fā)文件所采用的N-ary樹(shù)的級(jí)數(shù)動(dòng)態(tài)增加的情況包括：

通過(guò)POSIX方式寫入數(shù)據(jù)時(shí)地址超越當(dāng)前文件邏輯長(zhǎng)度；

通過(guò)文件指針定位當(dāng)前位置時(shí)超越當(dāng)前文件邏輯長(zhǎng)度；

通過(guò)mmap方式將文件映射到進(jìn)程虛擬空間時(shí)指定的長(zhǎng)度超越了當(dāng)前文件邏輯長(zhǎng)度。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，文件所采用的N-ary樹(shù)的級(jí)數(shù)能夠動(dòng)態(tài)增加包括以下步驟：

文件系統(tǒng)從數(shù)據(jù)區(qū)獲取一個(gè)空閑的節(jié)點(diǎn)頁(yè)作為新的根節(jié)點(diǎn)；

將文件原根節(jié)點(diǎn)的物理地址寫入新的根節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)位置，并將新的根節(jié)點(diǎn)的物理地址及增加1后的N-ary樹(shù)的級(jí)數(shù)更新到該文件的iNode節(jié)點(diǎn)中。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述頁(yè)的大小與操作系統(tǒng)內(nèi)存頁(yè)的大小一致。

如上所述，本發(fā)明的基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)訪問(wèn)的文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，具有以下有益效果：

(1)基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)管理文件數(shù)據(jù)在物理存儲(chǔ)空間中的存儲(chǔ)順序，實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)在物理存儲(chǔ)空間內(nèi)的隨機(jī)存儲(chǔ)，而無(wú)需按文件邏輯順序在物理地址空間順序存儲(chǔ)；

(2)采用N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)管理文件系統(tǒng)所存儲(chǔ)在物理地址空間的數(shù)據(jù)，每個(gè)文件對(duì)應(yīng)一個(gè)N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)，同一文件系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)4K、2M、1G等不同容量級(jí)別的文件存儲(chǔ)，滿足對(duì)不同容量級(jí)別需求的文件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；

(3)文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)采用的N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)是可動(dòng)態(tài)調(diào)整的，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整文件數(shù)據(jù)管理的N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)可實(shí)現(xiàn)文件的升級(jí)擴(kuò)容。

附圖說(shuō)明

圖1顯示為本發(fā)明的基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)訪問(wèn)的文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法的框架圖；

圖2顯示為本發(fā)明中iNode節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3顯示為本發(fā)明中N-ary樹(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4顯示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)以及文件數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)區(qū)的分布情況示意圖；

圖5顯示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中經(jīng)過(guò)兩次寫操作后，文件數(shù)據(jù)頁(yè)在數(shù)據(jù)區(qū)的分布情況變化圖；

圖6顯示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中經(jīng)過(guò)兩次寫操作后，文件的N-ary樹(shù)的結(jié)構(gòu)變化圖。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

需要說(shuō)明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

N-ary樹(shù)，又叫N叉樹(shù)，是一種常見(jiàn)的樹(shù)型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，常常用來(lái)完成數(shù)據(jù)的快速排序、數(shù)據(jù)壓縮和快速檢索。N-ary樹(shù)具有一個(gè)根節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)數(shù)完全相同。

本發(fā)明的基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)訪問(wèn)的文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法采用N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)管理文件系統(tǒng)所存儲(chǔ)在物理地址空間的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)在物理存儲(chǔ)空間內(nèi)的隨機(jī)存儲(chǔ)，而無(wú)需按文件邏輯順序在物理地址空間順序存儲(chǔ)。基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)，同一文件系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)4K、2M、1G等不同容量級(jí)別的文件存儲(chǔ)。

本發(fā)明的基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)訪問(wèn)的文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法應(yīng)用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器及非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址的存儲(chǔ)系統(tǒng)。其中，非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器包括相變存儲(chǔ)器、阻變存儲(chǔ)器、磁存儲(chǔ)器、鐵電存儲(chǔ)器等。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明的基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)訪問(wèn)的文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法包括：

1)以頁(yè)為單位來(lái)管理文件系統(tǒng)所有的文件數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，頁(yè)的大小與操作系統(tǒng)內(nèi)存頁(yè)的大小一致。通常，4K大小的數(shù)據(jù)為一頁(yè)。數(shù)據(jù)頁(yè)、節(jié)點(diǎn)頁(yè)大小都是4K，只是因存儲(chǔ)的內(nèi)容不同而分為數(shù)據(jù)頁(yè)和節(jié)點(diǎn)頁(yè)。

2)在文件系統(tǒng)中設(shè)置iNode區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)包括節(jié)點(diǎn)頁(yè)(NodePage)和數(shù)據(jù)頁(yè)(DataPage)，數(shù)據(jù)頁(yè)用于存儲(chǔ)文件數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)頁(yè)用于存儲(chǔ)N-ary樹(shù)中下一級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)或數(shù)據(jù)頁(yè)的物理地址；數(shù)據(jù)頁(yè)和節(jié)點(diǎn)頁(yè)在數(shù)據(jù)區(qū)混排；iNode區(qū)中所存儲(chǔ)的iNode節(jié)點(diǎn)(文件管理信息節(jié)點(diǎn))包括iNode節(jié)點(diǎn)信息字段、N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)字段和N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段，N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)字段用于存儲(chǔ)文件所采用N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的級(jí)數(shù)，N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段用于存儲(chǔ)文件第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N的起始物理地址；

與現(xiàn)有技術(shù)中相同，本發(fā)明的文件系統(tǒng)包括超級(jí)塊區(qū)、位圖區(qū)、iNode區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。如圖2所示，在iNode區(qū)，每個(gè)iNode節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)有的iNode節(jié)點(diǎn)信息字段的基礎(chǔ)上增加了N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)字段和N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段。其中，iNode節(jié)點(diǎn)信息字段用于存儲(chǔ)文件的管理信息，如創(chuàng)建人、創(chuàng)建時(shí)間、存放目錄、權(quán)限等等；N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)字段用于存儲(chǔ)文件所采用N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的級(jí)數(shù)；N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段用于存儲(chǔ)文件第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)P(yáng)age_N起始物理地址。本發(fā)明的數(shù)據(jù)區(qū)與現(xiàn)有技術(shù)中文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)區(qū)也不同。本發(fā)明的數(shù)據(jù)區(qū)的頁(yè)分為節(jié)點(diǎn)頁(yè)和數(shù)據(jù)頁(yè)。節(jié)點(diǎn)頁(yè)用于存儲(chǔ)N-ary樹(shù)中下一級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)或數(shù)據(jù)頁(yè)的物理地址，數(shù)據(jù)頁(yè)用于存儲(chǔ)文件數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，數(shù)據(jù)頁(yè)和節(jié)點(diǎn)頁(yè)是在向文件寫入數(shù)據(jù)時(shí)動(dòng)態(tài)分配的。具體地，向文件寫入數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)寫入地址判定數(shù)據(jù)頁(yè)是否已經(jīng)存在，若不存在，則分配數(shù)據(jù)頁(yè)，并補(bǔ)齊該數(shù)據(jù)頁(yè)至根節(jié)點(diǎn)間路徑上所需的節(jié)點(diǎn)頁(yè)，從而實(shí)現(xiàn)文件數(shù)據(jù)在物理存儲(chǔ)空間內(nèi)的隨機(jī)存儲(chǔ)，而無(wú)需按文件邏輯順序在物理地址空間順序存儲(chǔ)。

由于一個(gè)文件系統(tǒng)中的不同文件可以采用不同的N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)級(jí)數(shù)，因此每個(gè)文件對(duì)應(yīng)的文件管理信息iNode節(jié)點(diǎn)中標(biāo)識(shí)該文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所采用N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)級(jí)數(shù)的N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)字段所存儲(chǔ)的內(nèi)容不同，可以是1、2、3……等不同值。基于不同文件采用的N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)級(jí)數(shù)不同，iNode節(jié)點(diǎn)中的N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段保存的起始物理地址的所對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N的級(jí)數(shù)也不同。例如，采用1-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)管理的文件，則iNode節(jié)點(diǎn)的N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段保存的起始物理地址所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)頁(yè)是該文件的第1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₁；采用2-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)管理的文件，則iNode節(jié)點(diǎn)的N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段保存的起始物理地址所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)頁(yè)是該文件的第2級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₂；采用3-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)管理的文件，則iNode節(jié)點(diǎn)的N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段保存的起始物理地址所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)頁(yè)是該文件的第3級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₃；以此類推，將文件采用N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)最高級(jí)數(shù)節(jié)點(diǎn)頁(yè)第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N所對(duì)應(yīng)的物理地址寫入到iNode節(jié)點(diǎn)N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段。

優(yōu)選地，本發(fā)明的文件系統(tǒng)中的文件具有邏輯長(zhǎng)度和物理長(zhǎng)度。邏輯長(zhǎng)度表示該文件當(dāng)前的N-ary樹(shù)若將節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充完整，全部數(shù)據(jù)頁(yè)能夠存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量。物理長(zhǎng)度表示該文件當(dāng)前的N-ary樹(shù)已創(chuàng)建的所有節(jié)點(diǎn)占據(jù)的頁(yè)的數(shù)據(jù)量之和。因此，邏輯長(zhǎng)度為文件的長(zhǎng)度，物理長(zhǎng)度則用來(lái)計(jì)算文件系統(tǒng)的占用空間和剩余空間。

3)以文件所對(duì)應(yīng)的第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N頁(yè)號(hào)為根節(jié)點(diǎn)，以第(N-1)級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N-1頁(yè)號(hào)為第1級(jí)子節(jié)點(diǎn)，以此類推，以第1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₁頁(yè)號(hào)為第(N-1)級(jí)子節(jié)點(diǎn)，形成一個(gè)N-ary樹(shù)以對(duì)該文件的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，第1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)為數(shù)據(jù)頁(yè)。

具體地，文件數(shù)據(jù)所在的物理存儲(chǔ)空間，基于文件所對(duì)應(yīng)的文件第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N頁(yè)號(hào)、第(N-1)級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N-1頁(yè)號(hào)，……，第1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₁頁(yè)號(hào)，以第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N頁(yè)號(hào)為根節(jié)點(diǎn)，以第(N-1)級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N-1頁(yè)號(hào)為第1級(jí)子節(jié)點(diǎn)，以此類推，第1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₁頁(yè)號(hào)為第(N-1)級(jí)子節(jié)點(diǎn)，形成一個(gè)N-ary樹(shù)來(lái)對(duì)文件數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理。在N-ary樹(shù)中每一級(jí)節(jié)點(diǎn)以頁(yè)表方式管理其子節(jié)點(diǎn)的，每級(jí)子節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)固定為512個(gè)。如圖3所示，第1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₁頁(yè)為數(shù)據(jù)頁(yè)。也就是說(shuō)，從根節(jié)點(diǎn)到第N-2級(jí)子節(jié)點(diǎn)用來(lái)組織管理節(jié)點(diǎn)頁(yè)，第N-1級(jí)子節(jié)點(diǎn)用來(lái)組織管理數(shù)據(jù)頁(yè)。根節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)第1級(jí)子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)頁(yè)的物理地址；第1級(jí)子節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)第2級(jí)子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)頁(yè)的物理地址；以此類推，第(N-2)級(jí)子節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)第(N-1)級(jí)子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)頁(yè)的物理地址。第1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)為數(shù)據(jù)頁(yè)，所有數(shù)據(jù)頁(yè)占據(jù)N-ary樹(shù)的最后一級(jí)節(jié)點(diǎn)。因此，節(jié)點(diǎn)頁(yè)中存儲(chǔ)的頁(yè)物理地址可以為下一級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)物理地址，也可以為數(shù)據(jù)頁(yè)物理地址。

特別地，當(dāng)文件采用的N-ary樹(shù)中N為1時(shí)，該文件只有一個(gè)第1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)。對(duì)應(yīng)的N-ary樹(shù)中只有一個(gè)以第1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₁頁(yè)號(hào)為節(jié)點(diǎn)的根節(jié)點(diǎn)，該NodePage₁頁(yè)直接存儲(chǔ)的是文件數(shù)據(jù)，其實(shí)質(zhì)是數(shù)據(jù)頁(yè)。

4)N-ary樹(shù)的遍歷順序?yàn)閿?shù)據(jù)頁(yè)的邏輯順序。

其中，數(shù)據(jù)頁(yè)在N-ary樹(shù)遍歷時(shí)的序號(hào)為該數(shù)據(jù)頁(yè)在文件中的邏輯頁(yè)號(hào)。因此，可以根據(jù)文件中的邏輯地址推算出該地址所在的數(shù)據(jù)頁(yè)的邏輯頁(yè)號(hào)及該數(shù)據(jù)頁(yè)到根節(jié)點(diǎn)的路徑。

在本發(fā)明的基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)訪問(wèn)的文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法中，文件系統(tǒng)創(chuàng)建文件時(shí)，包括以下步驟：

a)分配一個(gè)iNode節(jié)點(diǎn)；

b)指定文件所采用的N-ary樹(shù)的級(jí)數(shù)N，為文件分配一個(gè)第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N；

c)將第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N的物理地址寫入文件對(duì)應(yīng)的iNode節(jié)點(diǎn)的N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段；

d)將文件所采用的N-ary樹(shù)的級(jí)數(shù)N寫入所分配的iNode節(jié)點(diǎn)中的N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)字段。

通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)闡述本發(fā)明的基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)訪問(wèn)的文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。

假如文件1按寫操作順序，對(duì)第1個(gè)邏輯頁(yè)、第500個(gè)邏輯頁(yè)、第600個(gè)邏輯頁(yè)、第1000個(gè)邏輯頁(yè)實(shí)現(xiàn)了寫入操作，則該文件的N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)以及文件數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)區(qū)的分布情況如圖4所示。該文件具有3個(gè)節(jié)點(diǎn)頁(yè)，4個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)，其中節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₃為根節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)著節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₂1以及NodePage₂2的物理地址，節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₂1存儲(chǔ)著與相應(yīng)邏輯頁(yè)號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)頁(yè)DataPage₂1以及數(shù)據(jù)頁(yè)DataPage₅₀₀的物理地址，節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₂2存儲(chǔ)著與相應(yīng)邏輯頁(yè)號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)頁(yè)DataPage₆₀₀以及數(shù)據(jù)頁(yè)DataPage₁₀₀₀的物理地址。

接著，進(jìn)程要寫第700個(gè)邏輯頁(yè)，根據(jù)文件的邏輯頁(yè)號(hào)計(jì)算可知，第700個(gè)邏輯頁(yè)應(yīng)該屬于第二個(gè)子節(jié)點(diǎn)NodePage₂2管理，基于缺頁(yè)中斷機(jī)制分配一個(gè)與第700個(gè)邏輯頁(yè)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)頁(yè)DataPage₇₀₀，最后將數(shù)據(jù)頁(yè)DataPage₇₀₀的物理地址存儲(chǔ)到節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₂2的相應(yīng)地址字段。

接著，進(jìn)程要寫個(gè)第1300個(gè)邏輯頁(yè)，根據(jù)文件的邏輯頁(yè)號(hào)計(jì)算可知，第1300個(gè)邏輯頁(yè)應(yīng)該屬于節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₂3管理，基于缺頁(yè)中斷機(jī)制分配一個(gè)與第1300個(gè)邏輯頁(yè)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)頁(yè)DataPage₁₃₀₀，以及節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₂3。將數(shù)據(jù)頁(yè)DataPage₁₃₀₀的物理地址存儲(chǔ)到節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₂3的相應(yīng)地址字段。最后將節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₂3的物理地址存儲(chǔ)到節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage₃的相應(yīng)地址字段。圖5和圖6分別為兩次寫操作后文件數(shù)據(jù)頁(yè)在數(shù)據(jù)區(qū)的分布情況變化圖和文件的N-ary樹(shù)的結(jié)構(gòu)變化圖。

特別地，在同一個(gè)文件系統(tǒng)內(nèi)，不同的文件可以擁有不同的級(jí)數(shù)。具體地，一個(gè)文件系統(tǒng)中包含多個(gè)文件，每個(gè)文件采用N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)管理該文件所存儲(chǔ)在物理地址空間的數(shù)據(jù)?；诿總€(gè)文件所采用N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的級(jí)數(shù)不同，可實(shí)現(xiàn)不同容量級(jí)別的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。例如，采用1-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)管理的文件，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)最大容量不超過(guò)4K；采用2-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)管理的文件，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)最大容量可達(dá)2M；采用3-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)級(jí)頁(yè)表結(jié)構(gòu)管理的文件，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)最大容量可達(dá)1G。通過(guò)采用更大N的N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的管理的文件，可實(shí)現(xiàn)更大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。因此，一個(gè)文件系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同容量級(jí)別的文件存儲(chǔ)，以滿足對(duì)不同容量級(jí)別需求的文件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

優(yōu)選地，一個(gè)文件所采用的N-ary樹(shù)的級(jí)數(shù)可以動(dòng)態(tài)增加。具體地，文件系統(tǒng)從數(shù)據(jù)區(qū)獲取一個(gè)空閑的節(jié)點(diǎn)頁(yè)作為新的根節(jié)點(diǎn)；將文件原根節(jié)點(diǎn)的物理地址寫入新的根節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)位置，并將新的根節(jié)點(diǎn)的物理地址及增加1后的N-ary樹(shù)的級(jí)數(shù)更新到該文件的iNode節(jié)點(diǎn)中。

因此，基于動(dòng)態(tài)調(diào)整N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)級(jí)數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)由N級(jí)升級(jí)到(N+1)級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)文件的升級(jí)擴(kuò)容。增加級(jí)數(shù)的觸發(fā)事件包括以下幾種：

(1)通過(guò)POSIX方式寫入數(shù)據(jù)時(shí)地址超越當(dāng)前文件邏輯長(zhǎng)度。

通過(guò)POSIX方式寫入數(shù)據(jù)時(shí)地址超越當(dāng)前文件邏輯長(zhǎng)度時(shí)，從N級(jí)調(diào)整到N+1級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)級(jí)數(shù)包括以下步驟：

分配一個(gè)第N+1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N+1作為根節(jié)點(diǎn)；

將該文件所對(duì)應(yīng)的第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N的物理起始地址寫入新分配的第(N+1)級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N+1相應(yīng)地址字段；

以第(N+1)級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N+1的起始物理地址更新該文件對(duì)應(yīng)的iNode結(jié)點(diǎn)的N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段；

以(N+1)更新該文件對(duì)應(yīng)的iNode節(jié)點(diǎn)的N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)字段；

基于缺頁(yè)中斷機(jī)制分配一個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)DataPage；

補(bǔ)齊數(shù)據(jù)頁(yè)DataPage至根節(jié)點(diǎn)間路徑上所需的節(jié)點(diǎn)頁(yè)(DataPage2，DataPage3，……，D ataPageN)。

(2)通過(guò)文件指針定位當(dāng)前位置時(shí)超越當(dāng)前文件邏輯長(zhǎng)度。

通過(guò)文件指針定位當(dāng)前位置時(shí)超越當(dāng)前文件邏輯長(zhǎng)度時(shí)，從N級(jí)調(diào)整到N+1級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)級(jí)數(shù)包括以下步驟：

分配一個(gè)第N+1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N+1；

將該文件所對(duì)應(yīng)的第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N的物理起始地址寫入新分配的第(N+1)級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N+1相應(yīng)地址字段；

以第(N+1)級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N+1的起始物理地址更新該文件對(duì)應(yīng)的iNode節(jié)點(diǎn)的N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段；

以(N+1)更新該文件對(duì)應(yīng)的iNode節(jié)點(diǎn)的N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)字段。

(3)通過(guò)mmap方式將文件映射到進(jìn)程虛擬空間時(shí)指定的長(zhǎng)度超越了當(dāng)前文件邏輯長(zhǎng)度。

通過(guò)mmap方式將文件映射到進(jìn)程虛擬空間時(shí)指定的長(zhǎng)度超越了當(dāng)前文件邏輯長(zhǎng)度時(shí)，從N級(jí)調(diào)整到N+1級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)級(jí)數(shù)包括以下步驟：

分配一個(gè)第N+1級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N+1；

將該文件所對(duì)應(yīng)的第N級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N的物理起始地址寫入新分配的第(N+1)級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N+1相應(yīng)地址字段；

以第(N+1)級(jí)節(jié)點(diǎn)頁(yè)NodePage_N+1的起始物理地址更新該文件對(duì)應(yīng)的iNode節(jié)點(diǎn)的N-ary樹(shù)根節(jié)點(diǎn)字段；

以(N+1)更新該文件對(duì)應(yīng)的iNode節(jié)點(diǎn)的N-ary樹(shù)級(jí)數(shù)字段。

綜上所述，本發(fā)明的基于N-ary樹(shù)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)訪問(wèn)的文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。