[發明專利]一種基于Nand Flash的Cache加速方法

無效

• 申請號: 201210497042.1
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN102981783A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 貢維
• 申請（專利權）人: 浪潮電子信息產業股份有限公司
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

?

技術領域

本發明涉及計算機存儲技術領域，具體地說是一種基于Nand?Flash的Cache加速方法。

背景技術

磁盤是目前使用廣泛的存儲設備，在磁盤中通過磁頭的尋道及盤片的選擇對數據進行訪問，主要缺點是依賴電機的機械轉動，隨即訪問性能較差，可靠性較低。

Nand-flash內存是flash內存的一種，其內部采用非線性宏單元模式。Nand?Flash的結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。Nand?Flash具有存取速度快、功耗小、抗震等特點。

Cache--高速緩沖存儲器。高速緩沖存儲器是存在于主存與CPU之間的一級存儲器，容量比較小但速度比主存高得多，?接近于CPU的速度。

現有計算機系統中采用的是“CPU-內存-硬盤”三級存儲模式中，即CPU讀取數據時先從內存中抓取，如果內存中沒有再從硬盤中讀取，其中CPU和內存之間的數據吞吐量已超過10GB/s,而硬盤（機械）的連續數據傳輸速率只有100MB左右，這使得硬盤在很多時候成為系統的瓶頸。如果使用固態硬盤做硬盤使用，雖然可以提高系統的存儲速度但是大大增加了系統的存儲成本并且容量小。

若能夠將Nand?Flash組成作為Cache應用，則可解決現有技術中存在的缺點。

發明內容　　

　　本發明的技術任務是提供一種可以將系統的存儲速度提高到閃存的水平，而容量卻可以發揮傳統硬盤的優勢的一種基于Nand?Flash的Cache加速方法。

本發明的技術任務是按以下方式實現的，在計算機中，利用Nand?Flash作為Cache來提高計算機的系統存儲速率，即使用Nand?Flash芯片作為Cache，采用的是CPU-Nand?Flash芯片-內存-硬盤的存儲模式，Nand?Flash芯片、內存及硬盤均與CPU連接；在計算機的CPU總線上連接一組Nand?Flash控制器和Nand?Flash芯片，Nand?Flash控制器連接并控制Nand?Flash芯片，CPU可通過Nand?Flash控制器直接訪問Nand?Flash芯片；通過計算機的算法軟件將計算機訪問頻率高的數據拷貝至Nand?Flash芯片，當CPU讀取數據時優先從Nand?Flash芯片中讀取，當Nand?Flash芯片中沒有CPU所要讀取的數據時，CPU再從硬盤中讀取。

NAND?Flash芯片的容量為20GB以內。

CPU通過IO總線連接Nand?Flash控制器，Nand?Flash控制器通過IO總線連接Nand?Flash芯片。

所述方法的具體步驟為：

（1）、計算機的CPU連接Nand?Flash控制器，Nand?Flash控制器連接并控制Nand?Flash芯片，CPU可通過Nand?Flash控制器直接訪問Nand?Flash芯片；

（2）、按照塊的方式將Nand?Flash芯片的容量劃分為多個緩存塊，為每一個緩存塊進行編號；

（3）、CPU從硬盤中讀取數據時，算法軟件會實時對數據塊的訪問頻率進行統計；每隔半小時就對數據塊按照訪問頻率進行排序；

（4）、算法軟件根據該上述排序結果將訪問頻率高的數據拷貝至Nand?Flash芯片中，若Nand?Flash芯片中沒有空閑緩存塊，則將Nand?Flash芯片中長期沒有使用的緩存塊內的數據清理掉，以便拷貝訪問頻率高的數據；

（5）、CPU讀取數據時優先從Nand?Flash芯片中讀取，若CPU所要讀取的數據全命中Nand?Flash芯片中的緩存塊，則CPU從Nand?Flash芯片中讀取數據；

（6）、若CPU所要讀取的數據沒有全命中Nand?Flash芯片中的緩存塊時，則CPU從硬盤中讀取數據；

（7）、當CPU寫入數據時，優先將數據寫入到Nand?Flash芯片中；當硬盤處于空閑的時候再將Nand?Flash芯片中的數據寫入硬盤。

本發明的一種基于Nand?Flash的Cache加速方法具有以下優點：

1、具有存取速度快，掉電非易失性的特點；

2、將Nand?Flash作為內存和硬盤之間的緩存來使用，提高CPU對硬盤的讀取、寫入效率；

3、Nand?Flash芯片通過IO總線連接在CPU上，通過算法軟件，CPU可以直接對Nand?Flash芯片進行讀寫，降低系統延遲時間；