[發明專利]用于動態高速緩存共享的系統、方法和計算機可讀介質

有效

• 申請號: 201410051986.5
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN104049906A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: P·R·凡卡泰紗;S·K·潘達;P·R·瑪哈拉納;L·伯特
• 申請（專利權）人: LSI公司
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06;G06F12/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 郭思宇

技術領域

本發明涉及數據存儲系統，更具體地，涉及采用基于閃存的數據高速緩存的數據存儲系統。

背景技術

隨著多核處理器和輸入-輸出(I/O)互連帶來的技術進步，當今服務器的執行應用程序的能力正在快速增長。然而，支持服務器的傳統數據存儲裝置，比如硬盤驅動器的I/O速度并未按與I/O互連和多核處理器相同的速率增大。從而，對傳統的數據存儲裝置的I/O操作已成為限制應用性能的瓶頸。換句話說，在服務器上運行的應用不能充分利用可獲得的計算速度和數據傳輸能力。

一些常規的計算系統采用非易失性存儲器作為較慢的數據存儲裝置(例如，磁盤存儲介質、光盤存儲介質或者可通過網絡訪問的一個或多個數據存儲裝置)的塊級或文件級存儲替代物，以改善計算系統和/或由計算系統執行的應用的性能。在這方面，由于與往來于較慢的存儲裝置相比，對于某些非易失性存儲器(為簡單起見，下面稱為“高速緩存裝置”)，可以明顯較快地進行輸入/輸出(I/O)操作，因此，高速緩存裝置的使用提供顯著提高I/O操作的速率的機會。

使用了基于企業級固態磁盤(SSD)和高速外設互聯標準(PCIe)的機載固態存儲，力圖通過提供極優的I/O數據速率性能來解決I/O瓶頸。然而，SSD較貴，并且性能改善并不總是證明對于所有長期存儲，部署SSD的投資都是正確的。因而，部署SSD，以通過利用SSD作為保存頻繁使用的數據的高速緩存來提高服務器的性能。

虛擬化解決方案的最新進展使數據中心能夠在多個仿真機之間合并和共享硬件資源。即，單個服務器能夠提供對客戶端用戶來說表現為專用服務器平臺的事物中的共享資源。這些允許網絡的虛擬化解決方案的普及對I/O性能提出了額外的壓力。例如，易于預測一些應用將在一天的特定時間被使用和接收更多的I/O請求。然而，在許多客戶端訪問特定硬件平臺的情況下，當多個客戶端I/O請求在特定時刻到達服務器時，有時不能預測應用性能命中。通過將頻繁訪問的“熱”數據從長期存儲裝置轉移到與服務器耦接的SSD，虛擬化環境中的服務器方緩存能夠顯著加速應用性能。

在虛擬化環境中實現服務器方緩存的挑戰是如何在多個客戶機之間共享在單個基于SSD/PCIe的高速緩存裝置中可用的高速緩存存儲區。通過將虛擬機的文件系統從一個存儲系統轉移到另一個存儲系統，使虛擬機能夠被遷移到新的硬件平臺的虛擬化特征(例如，vMotion)，和使支持到x86處理器指令集的64位擴展的機器上的平臺虛擬化成為可能的服務器虛擬化要求服務器方緩存需要是動態的，以容納遷入或遷出物理機的各個虛擬服務器。

發明內容

用于動態管理高速緩存存儲區，以便改善對虛擬機的不斷變化的需求的響應性的系統和方法的實施例以多個邏輯裝置的形式，提供單個高速緩存裝置或者一群高速緩存裝置，并向虛擬機監視器暴露所述單個高速緩存裝置或者一群高速緩存裝置。核心緩存算法在客戶虛擬機中執行。當在虛擬機監視器的管理下，添加新的虛擬機時，促使現有虛擬機放棄分配的供相應的現有虛擬機使用的高速緩存存儲區的一部分。放棄的高速緩存被分配給新的虛擬機。類似地，如果虛擬機被關閉或者被遷移到新的主機系統，那么分配給該虛擬機的高速緩存容量在由虛擬機監視器管理的剩余虛擬機之間被重新分配。

在例證實施例中，公開一種適合于動態管理由一群一個或多個基于閃存的裝置和管理一組虛擬機的主計算機系統支持的高速緩存存儲區的高速緩存資源管理系統。系統包括高速緩存資源管理器、虛擬機管理器、插件和驅動器。高速緩存資源管理器是在主計算機系統上運行的應用。高速緩存資源管理器配置有按照主計算系統支持的虛擬機的數目，分配可用的高速緩存存儲容量的標識部分(例如，區間)的倍數的一個或多個策略。虛擬機管理器集成在運行于主計算機系統上的O/S的內核中。虛擬機管理器布置有高速緩存資源分配器和基于閃存的高速緩存裝置驅動器。高速緩存資源分配器要求一群基于閃存的高速緩存裝置，向每個虛擬機分配邏輯驅動器，并標識由一群基于閃存的裝置提供的可用高速緩存存儲容量的一部分。插件與虛擬基礎架構客戶端通信，向至少一個基于閃存的高速緩存裝置提供虛擬機、虛擬機管理器和客戶虛擬機角度的上下文。每個虛擬機可用的驅動器使能夠實現與一群基于閃存的高速緩存裝置的通信，好像該虛擬機在與專用存儲裝置通信似的。