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大容量内存文件系统设计及μC/OS下的实现

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

 每一个存储于EMFS的文件在全局Hash表都有个对应的入口项。其文件属性和文件名、文件长度、创建时间等存入文件状态表,文件内容存储于从空闲块链表申请到的数据块中。文件的Hash表、状态表和数据块通过指针链接起来,如图2所示,下面分别介绍文件系统的Hash表、状态表和数据块链表。
  
  
  
  1.1全局Hash表
  
  (1)Hash值的产生
  
  从图2可看出,Hash表是整个文件系统读写和查找的入口,通过计算文件的Hash值来找到其在Hash表中的位置,从而访问文件状态表和数据块。因此文件系统的查找效率主体现在,如何通过文件信息计算其对应的Hash值以及如何有效地组织Hash表。图3表示了EMFS系统中Hash表的构成情况,每个文件对应8字节的Hash值。其中前2个字节是文件名长度和文件名第一个字节的ASCII码值,接下来的2个字节是文件名的16CRC(循环冗余校验编码),最后4个字节文件名的32CRC编码。这里为了减少同文件对应相同Hash值的概率,文件名的Hash值中既包含了文件名的16CRC编码又包含了32CRC编码。
  
  (2)Hash表的组织和查找
  
  在获得Hash值后,如何将8个字节的Hash值有效地组织在全局Hash表中来获得最高的查找速度是一个关键问题。根据数据结构算法理论可知,将Hash表顺序组织为一个有序表,可以通过折半查找法来获得最高的查找效率。其比较次数最多为└log2n┘+1(n为表中的记录个数),其平均查找长度ASL(AverageSearchLength)近似为log2(n+1)-1。然而,随着文件的动态增加或删除,每个文件对应的Hash值或大或小,这样系统的Hash表并不能保证是一个顺序表,因此就不能采用折半查找法。如果首先将无序的Hash表排列为有序表再采用折半法查找,那么即使在最好的情况下,排序操作所需要的时间复杂度也为O(nlogn),同时还需要其它的辅助存储,这样在排序操作上就要花费大量的时间和存储空间,使整个系统的查找效率大大降低。针对此不足,本文采用链地址法组织全局Hash表,将全局Hash表分为两部分:其本表和溢出表。其基本思想为:首先分配一个固定大小(这里假设取1024项)的顺序表作为基本表,每个文件计算得出的Hash值通过对1024取模得到个介于0~1023之间的模值。如果此模值在基本表中的对应项没有被占用,那么该项就作为此文件的Hash项;如果此模值在基本表中的对应项已被其它文件占用,那么就溢出表中申请一个此文件的Hash项,并将此Hash项链接到具有相同模值的链表中。通过这种顺序表和链表相结合的结构,既会影响查找速度又不会增加额外存储空间,从而提高EMFS的查找效率而且不增加系统的时间和空间复杂度。
  
  1.2文件状态表
  
  文件状态表用来存放文件系统中文件的各个属性,包括文件名称、文件大小、读写标志、创建和修改时间。同时,为了提高内存空间的利用率,可以对文件进行选择性压缩存储,因此文件状态表也包括文件压缩标志,压缩前的原始大小和压缩后的文件大小。从图2可以看到,文件状态表是和Hash表以及数据块链表连在一起的,那么一旦定位到文件对应的Hash项,就可以对文件状态表进行读写。
  
  1.3数据块链表
  
  在EMFS中,文件数据内容保存在内存

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