一种软件启动加速方法及装置与计算设备与流程

1.本发明涉及计算机软件的冷/热启动技术领域，尤其是一种软件启动加速方法及装置与计算设备。


背景技术：

2.现代计算机操作系统提供了文件缓存(cache)机制，cache建立的时机为第一次文件读写(io)访问，建立cache以后，能够减少后续访问的io等待时间。cache机制。但是，在文件系统挂载完成之后软件初次启动时，io等待仍占用软件加载的大部分时间，这个问题在打开大文件的办公软件、以及加载大量图像的游戏等pc用户场景中尤为显著。
3.利用跟踪(trace)技术获取开机过程中使用到的内存页缓存(page cache)，通过提前读取cache可以缩短开机的时间。但是这种方式仅仅加速了开机的过程，不能对用户使用软件的初使化过程进行加速。
4.综上，上述现有的文件缓存机制无法对文件系统挂载完成后的软件初次启动过程进行加速的问题。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供了一种软件启动加速方法及装置与计算设备，以力图解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。
6.根据本发明的一个方面，提供一种软件启动加速方法，包括步骤：响应于检测到关闭计算机电源的操作，将计算机文件系统的缓存保存到记录文件中；以及响应于检测到所述文件系统挂载过程结束，根据所述记录文件创建缓存。
7.可选地，在根据本发明的软件启动加速方法中，所述将计算机文件系统的缓存保存到记录文件中的步骤包括：查询所述计算机文件系统中每个文件的索引节点以及与所述索引节点相对应的缓存；将所述缓存进行序列化处理，得到序列化缓存；以及将所述索引节点以及与所述索引节点相对应的序列化缓存保存到所述记录文件中。
8.可选地，在根据本发明的软件启动加速方法中，所述将所述索引节点以及与所述索引节点相对应的序列化缓存保存到所述记录文件中的步骤包括：查询所述记录文件中是否包含所述文件系统的通用唯一识别码；当所述记录文件中包含所述通用唯一识别码时，在所述通用唯一识别码的标签页下添加由所述索引节点和与所述索引节点相对应的序列化缓存构成的键值对；以及当所述记录文件中未包含所述通用唯一识别码时，创建所述通用唯一识别码的标签，并在所述通用唯一识别码的标签页下添加由所述索引节点和与所述索引节点相对应的序列化缓存构成的键值对。
9.可选地，在根据本发明的软件启动加速方法中，所述根据所述记录文件创建缓存的步骤包括：读取所述记录文件中的序列化缓存，并对所述序列化缓存进行反序列化处理；以及将所述反序列化处理的结果创建为缓存。
10.可选地，在根据本发明的软件启动加速方法中，所述读取所述记录文件中的序列
化缓存的步骤包括：获取所述文件系统的通用唯一识别码；在所述通用唯一识别码的标签下查找所述记录文件；以及在所述记录文件中根据各文件的索引节点查找对应的缓存，以完成所述序列化缓存的读取。
11.可选地，在根据本发明的软件启动加速方法中，所述方法通过调用写内存页函数将所述反序列化处理的结果创建为缓存。
12.根据本发明的另一方面，还提供了一种软件启动加速装置，包括：记录文件写入单元，适于响应于检测到关闭计算机电源的操作，将计算机文件系统的缓存保存到记录文件中；以及记录文件读取单元，适于响应于检测到所述文件系统挂载过程结束，根据所述记录文件创建缓存。
13.可选地，在根据本发明的软件启动加速装置中，所述记录文件写入单元包括：查询单元，适于响应于检测到关闭计算机电源的操作，查询所述计算机文件系统中每个文件的索引节点以及与所述索引节点相对应的缓存；缓存处理单元，适于将所述缓存进行序列化处理，得到序列化缓存；以及写入单元，适于将所述索引节点以及与所述索引节点相对应的序列化缓存保存到所述记录文件中；所述记录文件读取单元包括：读取单元，适于响应于检测到所述文件系统挂载过程结束，读取所述记录文件中的序列化缓存，并对所述序列化缓存进行反序列化处理；以及挂载单元，适于将所述反序列化处理的结果创建为缓存。
14.根据本发明的另一方面，还提供了一种计算设备，包括：至少一个处理器和存储有程序指令的存储器；当程序指令被处理器读取并执行时，使得计算设备执行如上的软件启动加速方法。
15.根据本发明的再一方面，还提供了一种存储有程序指令的可读存储介质，当程序指令被计算设备读取并执行时，使得计算设备执行如上的软件启动加速方法。
16.本发明的软件启动加速方法，在文件系统的缷载入口阶段将cache元数据(由inode和序列化的cache组成的键值对)导出并保存在文件中，在文件系统的挂载出口阶段，从记录文件读取cache元数据，然后建立cache。
17.根据本发明的一种软件启动加速方法及装置与计算设备，能够实现以下有益效果中的至少一种：与软件自身无关，而是在内核层面将上一次挂载过的文件系统的page cache预先加载，增加cache hit的概率，减少了文件系统挂载完成后软件初次启动的io等待时间，从而加速了软件的启动速度；此外，提前建立cache还具有合并多次访问、充分利用io带宽的优点。
附图说明
18.为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。
19.图1示出了根据本发明一个实施例的软件启动加速方法的使用环境示意图；
20.图2示出了根据本发明一个实施例的计算设备200的示意图；
21.图3示出了根据本发明一个实施例的软件启动加速方法300的流程图；
22.图4示出了根据本发明一个实施例的将文件系统的cache保存为记录文件的流程图；
23.图5示出了根据本发明一个实施例的读取cache的流程图；
24.图6示出了根据本发明一个实施例的利用线程创建缓存的流程图；
25.图7示出了根据本发明一个实施例的读写记录文件操作接口helper的示意图；
26.图8示出了根据本发明一个实施例的软件启动加速装置800的示意图。
具体实施方式
27.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
28.针对现有的文件缓存机制无法对用户使用软件的初使化过程进行加速的问题，本发明提供了一种软件启动加速方法及装置与计算设备，能够将软件的冷启动转化为热启动，提高了软件启动的速度。
29.图1示出了根据本发明一个实施例的软件启动加速方法的使用环境示意图。
30.在现有技术中，当用户发出关闭计算机电源的操作时，例如点击“关机”按钮，计算机进入系统文件卸载阶段；当计算机进入文件系统挂载阶段时，例如用户发出了开启计算机电源的操作时，计算机开始按照固定的流程进行文件系统的挂载。如图1所示，本技术实施例在系统文件卸载之前，通过软件启动加速方法将系统文件缓存保存到一个文件中，这一文件称为记录文件；在文件系统挂载即将结束时(即上述固定流程的最后一个步骤完成时)增加了一个步骤：将最近一次关机时保存的记录文件读取出来，并将读取到的内容创建为缓存并挂载到文件系统中，至此，完成文件系统的挂载。当软件启动时，从系统文件中直接读取所需要的文件即可。因此，本技术实施例的软件启动加速方法实际是将软件的冷启动转化为热启动，大大缩短了启动时间。
31.图2示出了根据本发明一个实施例的计算设备200的示意图。需要说明的是，图2所示的计算设备200仅为一个示例，在实践中，用于实施本发明的软件启动加速方法的计算设备可以是任意型号的设备，其硬件配置情况可以与图2所示的计算设备200相同，也可以与图2所示的计算设备200不同。实践中用于实施本发明的软件启动加速方法的计算设备可以对图2所示的计算设备200的硬件组件进行增加或删减，本发明对计算设备的具体硬件配置情况不做限制。
32.如图2所示，计算设备200主要包括硬盘210、处理器220以及内存230，硬盘210、处理器220以及内存230之间通过总线进行通信。硬盘210中存储软件的安装程序、执行本技术实施例的软件启动加速方法的程序指令以及软件启动加速方法运行过程中所需要的数据(例如记录文件)。内存230中缓存了文件系统的内存页。
33.计算设备200可以实现为服务器，例如文件服务器、数据库服务器、应用程序服务器和web服务器等，也可以实现为包括桌面计算机和笔记本计算机配置的个人计算机。当然，计算设备200也可以实现为小尺寸便携(或者移动)电子设备的一部分。在根据本发明的实施例中，计算设备200被配置为执行根据本发明的软件启动加速方法300。
34.根据本发明实施例的一种软件启动加速方法300包括步骤：响应于检测到关闭计算机电源的操作，将计算机文件系统的缓存保存到记录文件中；以及响应于检测到文件系统挂载过程结束，根据记录文件创建缓存。
35.图3示出了根据本发明一个软件启动加速方法300的流程图。方法300在计算设备(例如前述计算设备200)中执行，用于将软件的冷启动转化为热启动，以缩短启动时间。如图3所示，方法300始于步骤s310。
36.在步骤s310中，响应于检测到关闭计算机电源的操作，将计算机文件系统的缓存保存到记录文件中。这一步骤的目的是在文件系统卸载前，将文件系统中的每个文件进行保存。
37.计算机可以有多个文件系统，例如以磁盘分区进行区分，每个磁盘分区对应一个文件系统。在每个文件系统卸载前，将该文件系统的文件进行保存。从内存中读取文件系统的文件后，可以根据需要将文件进行处理，以便等获得适于保存的形式。
38.在一个实施例中，采用图4所示的流程将计算机文件系统的缓存保存到记录文件中。如图4所示，首先查询文件系统中每个文件的索引节点inode，然后根据inode号查找地址空间(address_space)结构体，address_space结构体中管理了一个文件在内存中缓存的所有内存页(pages)，从pages中获取对应inode的连续cache；然后将连续cache进行序列化处理，得到序列化的cache；最后将inode以及与inode相对应的序列化cache保存到记录文件中，至此完成cache的保存。
39.这里的记录文件可以采用yaml文件格式，inode以及与inode相对应的序列化cache以键值对的形式保存到记录文件中。
40.当需要保存一条cache记录时，首先获取文件系统的通用唯一识别码(universally unique identifier，uuid)，然后查询记录文件中是否有文件系统的uuid：如果记录文件中含有上述uuid，那么直接在上述uuid标签下新增键值对记录(inode，序列化的cache)，以免不同的文件系统发生冲突；如果方法300是第一次在一台计算机中运行，那么在记录文件中是不会有上述uuid的，此时需要新建uuid标签，然后在新建的uuid标签下新增键值对记录(inode，序列化的cache)。
41.接下来，在步骤s320中，响应于检测到文件系统挂载过程结束，根据记录文件创建缓存。
42.需要说明的是，这里的文件系统挂载过程是指现有技术中文件系统的挂载过程，而本技术实施例在这一过程结束之后将记录文件的内容挂载到文件系统中。此外，步骤s320嵌入到挂载文件系统的动作中，所以，如果计算机在非开机启动的情况下出现文件系统的挂载动作，计算机也会将记录文件创建为缓存。
43.在一个实施例中，如果步骤s310将从文件系统读取的连续cache进行了序列化处理，那么根据记录文件创建缓存可以采用以下步骤：读取记录文件中的序列化缓存，并对序列化缓存进行反序列化处理，反序列化处理的目的是将序列化的cache还原为连续的cache；然后将反序列化处理的结果创建为缓存，以完成将记录文件记录的内容挂载到文件系统中。至此，真正完成了文件系统的挂载。
44.如图5所示，读取记录文件中的序列化缓存需要先查询记录文件是否记录了上述键值对，如图6所示，如果记录了键值对，那么创建一个线程t1，由线程t1完成读取序列化
cache、对序列化cache进行反序列化处理以及调用writepage()函数将反序列化处理结果创建为cache的过程。如果在步骤s310执行过程中，由于某些原因(例如断电或硬件设备损坏)导致记录文件保存失败，或者软件安装完成后第一次启动，则记录文件中不存在上述(inode，序列化的cache)键值对，那么在步骤320中将无法读取序列化的cache，文件系统挂载到此结束。
45.线程t1读取一条序列化cache时，首先获取与记录文件相对应的文件系统的uuid，在uuid标签下查找inode号，根据inode号找到需要读取的cache记录。
46.在一个实施例中，将保存cache和读取cache的程序指令封装为图7所示的接口(helper)，s310和步骤s320在执行过程中调用helper，以完成cache的保存和读取。
47.方法300通过在文件系统卸载阶段保存cache以及在文件系统挂载阶段建立cache的操作，达到了在文件系统挂载后的软件第一次启动前预先建立了之前保存好的cache的目的，根据局部性原理，方法300大大增加了缓存命中(cache hit)的概率，减少了磁盘的io操作，将软件的冷启动转化为热启动，能够有效提高软件启动速度。此外，在未提前建立cache的情况下，文件系统挂载完成后软件第一次启动时需要多次访问磁盘，而建立cache只需要对磁盘访问一次，因此，提前建立cache还具有合并多次访问、充分利用io带宽的优点。
48.本发明的实施例还提供了一种软件启动加速装置800，该装置能够执行如上文所描述的软件启动加速方法300的各步骤处理。下面，结合图8来描述上述软件启动加速装置800。
49.如图8所示，装置800包括记录文件写入单元810和记录文件读取单元820。
50.记录文件写入单元810适于响应于检测到关闭计算机电源的操作，将计算机文件系统的缓存保存到记录文件中。
51.记录文件读取单元820适于响应于检测到文件系统挂载过程结束，根据记录文件创建缓存。
52.在一个实施例中，记录文件写入单元810包括查询单元、缓存处理单以及写入单元。
53.查询单元适于响应于检测到关闭计算机电源的操作，查询计算机文件系统中每个文件的索引节点以及与索引节点相对应的缓存。
54.缓存处理单元适于将缓存进行序列化处理，得到序列化缓存。
55.写入单元适于将索引节点以及与索引节点相对应的序列化缓存保存到记录文件中。
56.记录文件读取单元820包括读取单元和挂载单元。
57.读取单元适于响应于检测到文件系统挂载过程结束，读取记录文件中的序列化缓存，并对序列化缓存进行反序列化处理。
58.挂载单元适于将反序列化处理的结果创建为缓存。
59.在一个实施例中，写入单元包括通用唯一识别码查询单元、第一键值对写入单元以及第二键值对写入单元。
60.通用唯一识别码查询单元适于查询记录文件中是否包含文件系统的通用唯一识别码。
61.第一键值对写入单元适于当记录文件中包含通用唯一识别码时，在通用唯一识别码的标签页下添加由索引节点和与索引节点相对应的序列化缓存构成的键值对。
62.第二键值对写入单元适于当记录文件中未包含通用唯一识别码时，创建通用唯一识别码的标签，并通用唯一识别码的标签页下添加由所述引节点和与索引节点相对应的序列化缓存构成的键值对。
63.在一个实施例中，所述读取单元通过以下步骤读取记录文件中的序列化缓存：
64.获取文件系统的通用唯一识别码；
65.在通用唯一识别码的标签下查记录文件；以及
66.在记录文件中根据各文件的索引节点查找对应的缓存，以完成序列化缓存的读取。
67.在一个实施例中，挂载单元通过调用写内存页函数将所述反序列化处理的结果创建为缓存。
68.这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如可移动硬盘、u盘、软盘、cd-rom或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。
69.在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明的软件启动加速方法。
70.以示例而非限制的方式，可读介质包括可读存储介质和通信介质。可读存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在可读介质的范围之内。
71.在此处所提供的说明书中，算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与本发明的示例一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的优选实施方式。
72.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
73.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述
示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。
74.本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
75.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。
76.如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
77.尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。