[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)存儲系統(tǒng)SSD緩存數(shù)據(jù)選擇性升級的系統(tǒng)架構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410011514.7
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103744624B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 溫源
• 申請（專利權(quán)）人: 浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)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(shù)領域

本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)存儲系統(tǒng)SSD緩存的數(shù)據(jù)選擇性升級的系統(tǒng)架構(gòu)，通常用于存儲系統(tǒng)中，旨在提供一種SSD緩存數(shù)據(jù)的選擇性升級的系統(tǒng)架構(gòu)。

技術(shù)背景

隨著當今社會的進步，需要處理的數(shù)據(jù)信息越來越多，數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長。這給傳統(tǒng)的存儲系統(tǒng)帶來了諸多問題。傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)一般使用機械式硬盤（HDD），傳統(tǒng)存儲系統(tǒng)的性能已經(jīng)成為瓶頸。近兩年，SSD即固態(tài)存儲硬盤開始興起。一方面，SSD本身具有快速隨機存取、低耗能、超輕超薄、低故障率（非機械部件）等特點。另一方面，由于技術(shù)發(fā)展，SSD逐漸解決了容量小，順序存取速度慢的問題。當前市場上的最新SSD，單盤容量達到幾TB，PCIE接口的SSD 吞吐量超過1GB/s，IOPS達到幾十萬次/s。SSD性能全面超過傳統(tǒng)機械硬盤，而其存取速度、響應時間等關鍵指標更是大幅超過傳統(tǒng)機械硬盤。

但是因為SSD的價格要遠遠高于HDD硬盤，因此將SSD作為緩存既能滿足當今數(shù)據(jù)處理的性能要求，又能不提高存儲系統(tǒng)成本。

SSD具有一些特性，一是SSD具有壽命限制，SSD具有擦寫次數(shù)限制的問題，每次寫操作都會導致SSD執(zhí)行一次擦寫，因此寫操作的數(shù)量會直接影響擦寫次數(shù)，從而影響SSD的壽命；二是SSD的容量還遠遠小于HDD硬盤，因此SSD空間是極其珍貴的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：

SSD緩存的數(shù)據(jù)選擇性升級急需解決兩個問題，一是解決SSD壽命問題，如何減少對SSD的寫操作，從而延長SSD的壽命；二是如何有效的利用SSD的空間，保證緩存最有價值的數(shù)據(jù)。

通過該存儲系統(tǒng)SSD緩存的數(shù)據(jù)選擇性升級的系統(tǒng)架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)SSD緩存數(shù)據(jù)的動態(tài)升級，大幅減少SSD寫入量，增加寫入命中率，延長SSD的壽命，高效利用SSD的存儲空間，滿足存儲系統(tǒng)高性能的需求。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種實現(xiàn)存儲系統(tǒng)SSD緩存數(shù)據(jù)選擇性升級的系統(tǒng)架構(gòu)，該系統(tǒng)架構(gòu)支持在不同的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)SSD緩存數(shù)據(jù)的選擇性升級。該系統(tǒng)架構(gòu)采用數(shù)據(jù)選擇性升級算法，將初次命中的數(shù)據(jù)塊保存在一個名為候選升級隊列的隊列中，利用追蹤每個候選升級隊列中命中塊的命中計數(shù)，當達到升級限值時，才會將命中的數(shù)據(jù)塊從HDD硬盤緩存至SSD緩存中，從而實現(xiàn)延遲緩存數(shù)據(jù)，減少寫操作，延長SSD壽命的目標；

該系統(tǒng)包括： 1）緩存數(shù)據(jù)查詢模塊； 2）候選升級數(shù)據(jù)查詢模塊； 3）候選升級數(shù)據(jù)處理模塊； 4）升級限值統(tǒng)計模塊； 5）數(shù)據(jù)遷移模塊； 6）命中計數(shù)調(diào)整模塊，其中：

模塊1）緩存數(shù)據(jù)查詢模塊，負責在緩存數(shù)據(jù)隊列中查詢所給數(shù)據(jù)塊是否存在，如果存在，直接返回數(shù)據(jù)塊在SSD緩存中的位置；若不存在，返回零；

模塊2）候選升級數(shù)據(jù)查詢模塊，負責在候選升級隊列中查詢所給數(shù)據(jù)塊是否存在，如果存在，返回所給數(shù)據(jù)塊的命中計數(shù)；若不存在，返回零；

模塊3）候選升級數(shù)據(jù)處理模塊，負責候選升級所給數(shù)據(jù)塊命中計數(shù)增加并重新入隊的操作；

模塊4）升級限值統(tǒng)計模塊，統(tǒng)計升級限值，首先計算緩存數(shù)據(jù)隊列中所緩存的所有數(shù)據(jù)塊的平均命中數(shù)，計算公式為升級基本限值=數(shù)據(jù)塊的命中總數(shù)/數(shù)據(jù)塊的個數(shù)，升級基本限值是一個動態(tài)改變的值，做為數(shù)據(jù)升級的依據(jù)，此外，升級限值針對讀取和寫入分別有一個默認額外值，讀取默認額外值小于寫入默認額外值，這是因為SSD緩存更適合作為讀緩存。最終的升級限值會判斷讀寫情況，其值為升級基本限值和讀寫默認額外值的總和，只有命中計數(shù)大于該值的數(shù)據(jù)塊才會被緩存至SSD緩存中；

模塊5）數(shù)據(jù)遷移模塊，負責將數(shù)據(jù)塊從HDD拷貝至SSD緩存中；

模塊6）命中計數(shù)調(diào)整模塊，負責所有命中的數(shù)據(jù)塊的命中計數(shù)的調(diào)整，是一個單獨的線程，由用戶指定時間進行，一般情況下選擇業(yè)務少的時間進行，因為數(shù)據(jù)塊的命中計數(shù)只會增加，因此該模塊會動態(tài)的減少緩存數(shù)據(jù)隊列和候選升級隊列中數(shù)據(jù)塊的命中計數(shù)，減少值為候選升級隊列所有數(shù)據(jù)塊的平均命中數(shù)，數(shù)據(jù)塊命中計數(shù)調(diào)整值計算公式為當前命中計數(shù)-減少值，若所計算結(jié)果小于等于0，則將該數(shù)據(jù)塊的命中計數(shù)調(diào)整為1，保證命中計數(shù)的合理性。

所述架構(gòu)數(shù)據(jù)選擇性升級整體流程如下：

1、當有讀寫IO到來，調(diào)用模塊1）查詢該讀寫IO對應的數(shù)據(jù)塊是否在SSD緩存中，若存在，直接返回數(shù)據(jù)塊在SSD緩存中的位置；若不存在，返回零，說明該數(shù)據(jù)塊有可能需要升級，需要調(diào)用模塊2）；

2、模塊2）會根據(jù)讀寫IO對應的數(shù)據(jù)塊在候選升級隊列中查詢是否存在，查詢結(jié)束后會調(diào)用模塊3）根據(jù)返回結(jié)果作相應處理；