[實用新型]一種單載體多目標緩存系統

有效

• 申請號: 201020687418.1
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN201936292U
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 許建衛;袁清波;鄭規;邵宗有
• 申請（專利權）人: 曙光信息產業（北京）有限公司
• 主分類號: G06F12/02
• 分類號: G06F12/02;G06F3/06
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本實用新型涉及存儲系統緩存領域，具體涉及一種單載體多目標緩存系統。

背景技術

磁盤以其大容量、低價格等優勢一直在計算機系統中占有一席之地，但是其內部的機械部件卻限制了速度的進一步提升，特別是對于不連續的IO數據訪問，性能更是遠遠跟不上內存的發展。所以，磁盤的訪問速度一直是IO密集型應用程序的瓶頸。為了提高磁盤的讀寫性能，磁盤廠商在磁盤內部加入了緩存(Cache?memory)，Cache是硬盤控制器上的一塊內存芯片，具有極快的存取速度，它是硬盤內部存儲和外界接口之間的緩沖器。受限于磁盤的硬件結構，其上的緩存容量不可能特別大。

發明內容

為解決上述問題，本實用新型提供了一種單載體多目標緩存系統。

一種單載體多目標的緩存系統，其特征在于：包括外置緩存設備和磁盤。

本實用新型的第一種優選技術方案在于：所述緩存設備被按固定大小劃分為若干Region，每個region維護相應的狀態、必要的鎖、tag信息。

本實用新型利用Linux的Device?Mapper機制來管理多個磁盤設備，以其中的高速設備作為低速設備的Cache來建立一個兩級存儲系統，以較低的成本獲得較高的存儲性能。本實用新型將所管理的二級設備對用戶來說都是不可見的，在使用過程中，這些偽設備的使用方式與傳統的磁盤設備完全一樣，只是系統自動地將緩存設備融入訪問過程，用戶會感覺到更快的訪問速度，整個系統的IO性能會得到顯著提高。

附圖說明

圖1為多個磁盤共享一個緩存設備結構圖

圖2為緩存系統整體結構

圖3為緩存系統映射方式

具體實施方式

為了充分利用大容量的緩存，系統中可以使用多個磁盤設備共享一個緩存設備，如圖1所示。在這樣一個系統內，用戶通過唯一的外置磁盤Cache來加速多個磁盤的訪問速度，此外置Cache同時緩存著多個磁盤的數據。

本實用新型的整體結構如圖2所示，disk?1、disk?2和disk?3是磁盤設備，shared?cache?device是緩存設備，這些設備被虛擬成三個偽設備：pseudo?disk1、pseudo?disk?2和pseudo?disk?3，分別對應三個磁盤設備。緩存設備與磁盤設備是一對多的關系，即一個緩存設備可以被多個磁盤設備共享，但是任何一個磁盤設備只可使用一個緩存設備。至于設備，具體則對應于partition，即Linux下的塊設備文件/dev/sdal等。

本實用新型對磁盤設備作緩存，本身的思路比較直觀，類似于處理器Cache，它將緩存設備按固定大小劃分為許多region，一般地，region的大小為64K～1M，且為2的冪，在系統運行前決定，一旦運行不可再動態更改。region是緩存設備管理的基本單位，可類比處理器中的Cache?Line。每個region維護相應的狀態、必要的鎖、tag等信息。region相對于文件系統的請求是比較大的，文件系統I/O的最小單位一般是512字節(稱之為sector)，因此文件系統的一次I/O更多可能是只覆蓋了某個region的部分區域，鑒于此，每個region還需要維護若干位圖，用來標記其中各個sector的狀態。

文件系統建立在偽設備上，用戶通過文件系統發出的IO請求通過偽設備進入本實用新型控制的系統中，對不同偽設備的請求，系統可以對應到不同磁盤設備上。主要的問題是如何將這些地址對應到緩存設備上，因為緩存設備的容?量小于磁盤設備，特別是多個磁盤設備需要共享同一個緩存設備，所以緩存設備只能保存一小部分磁盤設備上的數據。兩者采用組相連方式映射，如果將所有磁盤的容量看成一個整體映射到共享的緩存設備，那么每個磁盤設備只能利用其中的固定的緩存空間，而無法根據用戶對各個磁盤的使用情況作出動態調整。本實用新型為每個磁盤設備分配獨立的緩存空間，然后再分別對它們做組相連的映射，如圖3所示。這樣，當系統檢測出某個磁盤設備需要更大或者更少的緩存空間時，可以自動地對緩存設備進行再分配，從而使整個系統獲得更好的IO性能。