[發(fā)明專利]一種瓦記錄磁盤的四級(jí)編址方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210429537.0
• 申請(qǐng)日: 2012-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN102999428A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬(wàn)繼光;謝長(zhǎng)生;譚志虎;陳鵬;趙楠楠;毛宇;王繼彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F12/02
• 分類號(hào): G06F12/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種瓦記錄磁盤的四級(jí)編址方法。?

背景技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展、社會(huì)的數(shù)字化變革，導(dǎo)致了數(shù)字化的數(shù)據(jù)呈爆炸式增長(zhǎng)。根據(jù)市場(chǎng)分析公司IDC和存儲(chǔ)設(shè)備公司EMC的統(tǒng)計(jì)，2006年全球數(shù)據(jù)內(nèi)容總量為161EB，2007年為281EB，2008年為487EB，2011年達(dá)到了驚人的1800EB。數(shù)據(jù)總量從2006年到2011年增長(zhǎng)了11倍多，以每年61％的速度指數(shù)增長(zhǎng)。IDC預(yù)測(cè)在未來(lái)10年文件總量會(huì)增長(zhǎng)75倍。爆炸式的信息增長(zhǎng)必然導(dǎo)致對(duì)存儲(chǔ)容量的需求大幅增長(zhǎng)。與此同時(shí)，存儲(chǔ)需求持續(xù)飛速增長(zhǎng)對(duì)我們提出了一個(gè)重要的挑戰(zhàn)和機(jī)遇：在維持相同生產(chǎn)成本的條件下，如何進(jìn)一步提高單個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的容量來(lái)滿足強(qiáng)大的市場(chǎng)需求。磁盤作為主導(dǎo)存儲(chǔ)設(shè)備，如何在不增加生產(chǎn)成本的條件下進(jìn)一步提高磁記錄密度是當(dāng)前具有重要理論和商業(yè)意義的研究課題。?

雖然單個(gè)磁盤存儲(chǔ)容量過去以每年30–50%的速度增加，其增長(zhǎng)速度正在急劇放緩，主要原因是記錄技術(shù)、制造工藝和記錄材料等方面都遇到了技術(shù)的瓶頸難題。即使采用先進(jìn)的垂直磁記錄，磁盤存儲(chǔ)密度也僅為500GB/in2；而且，垂直磁記錄將接近由超順磁效應(yīng)限定理論值1TB/in2，因此提高空間和速度受到限制。?

瓦記錄方式被認(rèn)為是目前最有可能突破1TB/in2的磁記錄技術(shù)，目前模擬的存儲(chǔ)密度可以達(dá)到3TB/in2。瓦記錄的原理主要是利用部分重疊磁道的記錄方式提高磁記錄密度，類似屋頂上的瓦片那樣重疊互扣，其實(shí)質(zhì)上?是通過縮短磁道寬度的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高密度記錄。由于磁道變窄使得磁記錄介質(zhì)將變小，對(duì)磁頭的靈敏度要求提高。重疊磁道和高靈敏度磁頭，相對(duì)于其他記錄技術(shù)，在硬件上比較容易實(shí)現(xiàn)。但是，其主要問題就是隨機(jī)寫速度很慢。因?yàn)橥哂涗浲ㄟ^部分重疊相鄰磁道而使記錄信息的磁道變窄，如圖1所示，當(dāng)單個(gè)磁道上的數(shù)據(jù)被更新時(shí)，相鄰連續(xù)磁道上的數(shù)據(jù)也必須重新擦寫一遍以防止由于磁頭寫操作過程中對(duì)鄰近磁道磁化擦除造成數(shù)據(jù)丟失。如果成功將瓦記錄應(yīng)用到磁盤上，磁盤容量將有望提高2.3-10陪，將對(duì)磁盤存儲(chǔ)技術(shù)產(chǎn)生重大的意義和影響。?

當(dāng)前瓦記錄存儲(chǔ)技術(shù)存在以下缺陷：?

1．需要管理大量的元數(shù)據(jù)：因?yàn)橥哂涗洿嬖趯憯?shù)據(jù)覆蓋，數(shù)據(jù)經(jīng)常不能夠直接寫到原來(lái)的位置，該方式類似SSD，需要映射表等元數(shù)據(jù)管理，一般需要幾GB的元數(shù)據(jù)量，隨著磁盤容量的增大，這些元數(shù)據(jù)信息也會(huì)越來(lái)越大。而在有限的內(nèi)存情況下，這些元數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)，對(duì)這些數(shù)據(jù)的讀寫性能也存在較大的影響。?

2.瓦記錄磁盤空間利用率問題：目前大多數(shù)的研究都是基于區(qū)的分布方式，即一個(gè)區(qū)由若干個(gè)瓦記錄磁道構(gòu)成，區(qū)與區(qū)之間需要間隙，這種間隙的存在導(dǎo)致大約10%的空間浪費(fèi)；另外，區(qū)內(nèi)采用循環(huán)日志方式，循環(huán)日志的頭尾也需要幾個(gè)磁道的間隙，才能夠確保有效數(shù)據(jù)不被覆蓋；最后，采用日志方式，需要一定的冗余空間，才能夠進(jìn)行有效的垃圾回收。?

3.瓦記錄磁盤的寫放大問題：傳統(tǒng)基于磁道的編址便于發(fā)揮磁盤順序訪問的性能優(yōu)勢(shì)，但在瓦記錄磁盤中，寫數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋相鄰幾個(gè)磁道的數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)的編址，覆蓋的數(shù)據(jù)就在邏輯地址上是分散的，為了確保數(shù)據(jù)不丟失，目前采用循環(huán)日志的方法將相鄰幾個(gè)磁道上的數(shù)據(jù)都遷移到其它位置，然后再寫入數(shù)據(jù)，這樣導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)遷移。這些多次的讀寫操作，不但增加了讀寫數(shù)據(jù)量，還導(dǎo)致磁頭在不同地方來(lái)回移動(dòng)，間接地影響了隨機(jī)寫性能，導(dǎo)致性能成倍下降。?

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種瓦記錄磁盤的四級(jí)編址方法，其針對(duì)瓦記錄磁盤隨機(jī)寫限制，對(duì)瓦記錄磁盤的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和磁道布局進(jìn)行優(yōu)化，并且結(jié)合閃存和內(nèi)存的讀寫速度快優(yōu)勢(shì)，組成三級(jí)架構(gòu)的瓦記錄磁盤系統(tǒng)，來(lái)解決傳統(tǒng)瓦記錄磁盤的隨機(jī)寫性能差的問題，使其在倍增磁盤可用容量的同時(shí)，避免性能的下降，并提高讀寫速度。?

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種瓦記錄磁盤的四級(jí)編址方法，包括以下步驟：?

（1）將瓦記錄磁盤的邏輯空間劃分為“區(qū)-段-塊-扇區(qū)”的四級(jí)結(jié)構(gòu)；?

（2）采用徑向編址的方式對(duì)劃分后的四級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行編址；?

（3）采用對(duì)稱堆疊式的磁道布局對(duì)編址后的四級(jí)結(jié)構(gòu)的區(qū)間間隔進(jìn)行優(yōu)化；?

（4）對(duì)編址后的四級(jí)結(jié)構(gòu)的瓦記錄磁盤進(jìn)行讀寫操作，具體包括以下子步驟：?

（4-1）接收來(lái)自上層文件系統(tǒng)的讀寫請(qǐng)求，根據(jù)讀寫請(qǐng)求的邏輯地址進(jìn)行地址映射，以得到該請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的區(qū)號(hào)、段號(hào)和塊號(hào)，并判斷該讀寫請(qǐng)求是讀請(qǐng)求還是寫請(qǐng)求，如果是讀請(qǐng)求進(jìn)入步驟（4-2），否則進(jìn)入步驟（4-7）；?