一種利用mram存儲(chǔ)文件目錄的文件存儲(chǔ)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，尤其涉及一種利用MRAM文件目錄的文件存儲(chǔ)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦中，用戶數(shù)據(jù)、文件被存在硬盤，或者NAND閃存芯片中以及由NAND閃存組成的固態(tài)硬盤里。NAND和固態(tài)硬盤取代傳統(tǒng)的機(jī)械硬盤又是一個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。
[0003]硬盤和固態(tài)硬盤內(nèi)的NAND閃存都是整塊讀寫的塊設(shè)備(block device)，最小可讀取的單元叫頁(yè)(page)，最小可擦除的單元叫塊(block)，一個(gè)塊往往由很多頁(yè)組成，塊擦除后里面的頁(yè)可以進(jìn)行單獨(dú)的寫入操作。
[0004]NAND閃存的一個(gè)問(wèn)題是NAND具有有限的壽命。里面的每一個(gè)頁(yè)經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的擦寫以后，就會(huì)永久失效不能繼續(xù)使用。目前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)是NAND的容量和數(shù)據(jù)密度增長(zhǎng)非?？?，但卻是以降低壽命為代價(jià)?？刹翆懘螖?shù)從最初的10萬(wàn)次降低到目前的3000次左右。
[0005]如圖1所示，手機(jī)與計(jì)算機(jī)的文件操作方式如下:
[0006](I)應(yīng)用軟件向操作系統(tǒng)發(fā)出打開(kāi)、關(guān)閉、讀、寫文件指令；
[0007](2)操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)部分把讀、寫文件的指令轉(zhuǎn)化為讀、寫存儲(chǔ)塊的指令；
[0008](3)NAND驅(qū)動(dòng)與管理軟件接受讀寫存儲(chǔ)塊區(qū)的指令，進(jìn)行緩存、寫均衡等優(yōu)化，向芯片發(fā)出讀page，寫block等指令。
[0009]在手機(jī)中，NAND驅(qū)動(dòng)與管理軟件通常作為與操作系統(tǒng)緊密相關(guān)的軟件模塊，在主機(jī)芯片上運(yùn)行；在計(jì)算機(jī)中，NAND驅(qū)動(dòng)與管理軟件通常在固態(tài)硬盤的主控芯片上運(yùn)行。
[0010]文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)軟件中的一個(gè)重要部分，負(fù)責(zé)解決文件的存儲(chǔ)問(wèn)題。它會(huì)把文件劃分成一個(gè)個(gè)的塊，一般每一個(gè)塊和NAND閃存中的一個(gè)頁(yè)對(duì)應(yīng)。
[0011]文件系統(tǒng)的一個(gè)基本任務(wù)是，讓用戶和應(yīng)用程序能夠通過(guò)一個(gè)文件名/路徑名，找到文件數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的地址。然而在很多文件系統(tǒng)中，這個(gè)步驟是比較復(fù)雜的。為了方便用戶查找文件，文件系統(tǒng)是按多級(jí)目錄組織起來(lái)的。計(jì)算機(jī)必須從根目錄開(kāi)始搜索下一級(jí)目錄所在的地址。而在很多文件系統(tǒng)中，比如始于Windows操作系統(tǒng)中的FAT和始于Liux操作系統(tǒng)的ext2、ext3，目錄是作為文件的一種，和普通文件以相同的方式存儲(chǔ)的。如果文件是存儲(chǔ)在NAND或者基于NAND的固態(tài)硬盤中，每一次查找目錄都要讀一次NAND，對(duì)于ext2,ext3甚至可能要讀兩次NAND。在緩存沒(méi)有命中的情況下，每一次讀NAND都是很耗時(shí)的，因?yàn)镹AND必須整頁(yè)地讀出，可能還需要查錯(cuò)糾錯(cuò)。如果文件在一個(gè)深層的目錄中，那么找到它的數(shù)據(jù)之前必須打開(kāi)很多NAND頁(yè)。
[0012]這樣的存儲(chǔ)目錄的方式還有一個(gè)問(wèn)題:一個(gè)目錄中的總字節(jié)數(shù)常常很少，把它作為一個(gè)文件存儲(chǔ)，就至少要占用一整頁(yè)的空間。在一些新的NAND芯片中，一頁(yè)有可能多達(dá)16K。這樣的存儲(chǔ)效率是很低的。
[0013]某些比較新的文件系統(tǒng)，比如YAFFS，開(kāi)始把所有文件的目錄都做成緊致的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，集中在一起，關(guān)機(jī)時(shí)存放在某些NAND頁(yè)里，開(kāi)機(jī)時(shí)上傳到RAM中。這樣，極大地提高了查找文件的速度。但卻帶來(lái)了另外一個(gè)問(wèn)題:如果系統(tǒng)發(fā)生意外斷電，比如用戶手機(jī)落在地上，電池摔脫了，RAM中的數(shù)據(jù)丟失，導(dǎo)致NAND中的目錄與實(shí)際情況不符。還好YAFFS在每個(gè)NAND頁(yè)中都添加了一下附件信息。此時(shí)不得不啟動(dòng)非常耗時(shí)的對(duì)所有NAND頁(yè)的掃描，能夠恢復(fù)大部分目錄組織，但是還是會(huì)產(chǎn)生一些沒(méi)有名字的文件。
[0014]另外一個(gè)問(wèn)題，就是文件系統(tǒng)中的目錄通常是非常頻繁地被修改的。用戶會(huì)增加文件，刪除文件，重命名，把文件從一個(gè)目錄移到另一個(gè)目錄中。而一些跟目錄相關(guān)的數(shù)據(jù)也經(jīng)常被修改。比如有些文件系統(tǒng)記錄一個(gè)文件上一次被讀的時(shí)間。所以當(dāng)一個(gè)文件只是被讀一下，這文件相關(guān)聯(lián)的目錄項(xiàng)就要被改寫，不但如此，搜索這個(gè)文件所經(jīng)過(guò)的目錄因?yàn)槎急淮蜷_(kāi)過(guò)，相應(yīng)的記錄也要被改寫。由于NAND芯片只能承受有限次的擦寫，延長(zhǎng)其使用壽命，應(yīng)該從目錄著手。
[0015]本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于提供一種文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，既能夠高性能、安全地管理文件目錄，又能夠延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，既能夠高性能、安全地管理文件目錄，又能夠延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。
[0017]本發(fā)明的重要背景是MRAM技術(shù)的發(fā)展。MRAM是一種新的內(nèi)存和存儲(chǔ)技術(shù)，可以像RAM 一樣快速隨機(jī)讀寫，還可以像NAND閃存一樣在斷電后永久保留數(shù)據(jù)。不像NAND，MRAM可以無(wú)限多次地擦寫。但預(yù)計(jì)未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，MRAM的容量比NAND低，成本比NAND尚O
[0018]本發(fā)明中，充分利用MRAM是一種隨機(jī)讀寫非易失的存儲(chǔ)器，并且它還可以無(wú)限次地擦寫。采用MRAM和NAND組合成文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，而文件目錄是非常適合存儲(chǔ)在MRAM中的。
[0019]本發(fā)明提供一種利用MRAM存儲(chǔ)文件目錄的文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括MRAM與塊存儲(chǔ)設(shè)備，MRAM包括文件系統(tǒng)目錄區(qū)，用于存儲(chǔ)文件目錄，塊存儲(chǔ)設(shè)備用于存儲(chǔ)文件數(shù)據(jù)。
[0020]文件系統(tǒng)目錄區(qū)由一條條的記錄組成，每一個(gè)目錄和文件對(duì)應(yīng)著一條記錄，這個(gè)記錄里儲(chǔ)存該目錄或文件的相關(guān)信息。通過(guò)一個(gè)目錄的記錄可以找到目錄下的文件和子目錄的記錄。
[0021]由于MRAM是隨機(jī)讀寫的存儲(chǔ)器，在MRAM中查詢文件比在NAND中搜索目錄快，因而能夠高性能地管理文件目錄。
[0022]由于MRAM是非易失的存儲(chǔ)器，不會(huì)因?yàn)橥蝗粩嚯姸鴣G失文件系統(tǒng)中的核心數(shù)據(jù)，因而能夠安全地管理文件目錄。
[0023]文件系統(tǒng)目錄區(qū)需要經(jīng)常被改寫，存儲(chǔ)在可以無(wú)限次寫入的MRAM中，降低了 NAND的寫入次數(shù)，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。
[0024]進(jìn)一步地，MRAM通過(guò)DDR DRAM接口與手機(jī)的主控芯片或計(jì)算機(jī)的CPU連接。
[0025]進(jìn)一步地，塊存儲(chǔ)設(shè)備為NAND芯片、機(jī)械硬盤、固態(tài)硬盤、eMMC, SD存儲(chǔ)卡或microSD存儲(chǔ)卡。
[0026]對(duì)于手機(jī)，塊存儲(chǔ)設(shè)備為NAND芯片、eMMC、SD存儲(chǔ)卡或microSD存儲(chǔ)卡；對(duì)于計(jì)算機(jī)，塊存儲(chǔ)設(shè)備為機(jī)械硬盤或固態(tài)硬盤。
[0027]進(jìn)一步地，MRAM集成于固態(tài)硬盤、eMMC, SD存儲(chǔ)卡或microSD存儲(chǔ)卡中，計(jì)算機(jī)的CPU能夠直接讀寫MRAM中的文件系統(tǒng)目錄區(qū)。
[0028]進(jìn)一步地，MRAM通過(guò)DDR DRAM接口與固態(tài)硬盤、eMMC、SD存儲(chǔ)卡或microSD存儲(chǔ)卡的主控芯片連接。
[0029]進(jìn)一步地，MRAM集成于固態(tài)硬盤、eMMC, SD存儲(chǔ)卡或microSD存儲(chǔ)卡的主控芯片中。
[0030]進(jìn)一步地，文件系統(tǒng)目錄區(qū)為連續(xù)區(qū)域或不連續(xù)區(qū)域。
[0031]文件系統(tǒng)目錄區(qū)可以為連續(xù)區(qū)域，也可以是不連續(xù)區(qū)域，利用對(duì)象指針逐級(jí)找到子對(duì)象，最終找到任何一個(gè)目錄或文件。
[0032]進(jìn)一步地，文件系統(tǒng)目錄區(qū)中所有記錄長(zhǎng)度相同，這種方案便于儲(chǔ)存空間管理。
[0033]進(jìn)一步地，文件系統(tǒng)目錄區(qū)中的記錄具有不同長(zhǎng)度，刪除和增加目錄或文件可以通過(guò)malloc和free機(jī)制進(jìn)行，能夠有效提高存儲(chǔ)空間的利用率。
[0034]進(jìn)一步地，目錄記錄中邏輯分區(qū)的根目錄記錄存放在約定位置。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的利用MRAM存儲(chǔ)文件目錄的文件存儲(chǔ)系統(tǒng)具有以下有益效果:
[0036](I)由于MRAM是隨機(jī)讀寫的存儲(chǔ)器，在MRAM中查詢文件比在NAND中搜索目錄快，因而能夠高性能地管理文件目錄。
[0037](2)由于MRAM是非易失的存儲(chǔ)器，不會(huì)因?yàn)橥蝗粩嚯姸鴣G失文件系統(tǒng)中的核心數(shù)據(jù)，因而能夠安全地管理文件目錄。
[0038](3)文件系統(tǒng)目錄區(qū)需要經(jīng)常被改寫，存儲(chǔ)在可以無(wú)限次寫入的MRAM中，降低了NAND的寫入次數(shù)，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。
[0039](4)文件系統(tǒng)目錄區(qū)中采用不同長(zhǎng)度的記錄，能夠有效提高存儲(chǔ)空間的利用率。
[0040]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中文件操作流程圖；
[0042]圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)