[發(fā)明專利]一種支持固態(tài)盤緩存動態(tài)分配的混合存儲系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410145032.0
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103902474B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮丹;王芳;張泉;謝燕文
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G06F12/0895
• 分類號: G06F12/0895;G06F12/123
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 梁鵬

1.一種支持固態(tài)盤緩存動態(tài)分配的混合存儲系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

一塊或多塊固態(tài)盤組成的固態(tài)盤陣列、一塊或多塊磁盤組成的磁盤陣列以及固態(tài)盤緩存管理模塊；

其中所述混合存儲系統(tǒng)對于操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序展現(xiàn)為統(tǒng)一的邏輯設(shè)備，所述固態(tài)盤與磁盤通過控制器與計算機系統(tǒng)總線相連，其中所述固態(tài)盤作為所述磁盤的緩存；

所述固態(tài)盤緩存管理模塊用于記錄每個應(yīng)用的讀寫請求比例、每個應(yīng)用的讀寫緩存命中率、固態(tài)盤與磁盤的響應(yīng)時間，并用這些數(shù)據(jù)以及預(yù)先為每個應(yīng)用指定的目標(biāo)延遲，計算滿足每個應(yīng)用延遲所需求的最小固態(tài)盤讀緩存和寫緩存大小，并根據(jù)計算的最小讀緩存和寫緩存大小為每個應(yīng)用分配固態(tài)盤緩存。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合存儲系統(tǒng)，其特征在于，所述固態(tài)盤緩存管理模塊具體包括負載分析器、緩存分配模塊、性能監(jiān)控器、緩存映射表模塊和請求處理模塊，其中：

所述緩存分配模塊，用于在系統(tǒng)初始化時，為每個應(yīng)用分配相同大小的讀緩存區(qū)和寫緩存區(qū)；

所述負載分析器，用于在讀寫請求到達時，記錄每個應(yīng)用的讀寫請求比例；

所述性能監(jiān)控器，用于在讀寫請求完成時，統(tǒng)計固態(tài)盤和磁盤的響應(yīng)時間以及每個應(yīng)用的讀寫緩存命中率；

所述緩存映射表模塊，存儲有位圖映射表和哈希沖突鏈表，其中位圖映射表用于管理和標(biāo)記固態(tài)盤中空閑的數(shù)據(jù)塊，而哈希沖突鏈表用于加速判斷請求是否存儲在固態(tài)盤中；

所述請求處理模塊，用于在讀寫請求到達時，先判斷請求的類型，從而將應(yīng)用的寫請求數(shù)據(jù)寫入到存儲系統(tǒng)中或是向應(yīng)用返回其請求的讀數(shù)據(jù)；

所述緩存分配模塊，還用于根據(jù)所述負載分析器記錄的每個應(yīng)用的讀寫請求比例、性能監(jiān)控器統(tǒng)計的固態(tài)盤、磁盤的響應(yīng)時間以及每個應(yīng)用的讀寫緩存命中率，和預(yù)先為每個應(yīng)用指定的目標(biāo)延遲，實時計算滿足每個應(yīng)用延遲需求的固態(tài)盤的最小讀緩存和寫緩存大小，根據(jù)計算的讀緩存和寫緩存大小以及存儲系統(tǒng)的配置計算分配給每個應(yīng)用的最佳讀緩存和寫緩存大小，并根據(jù)分配給每個應(yīng)用的最佳讀緩存和寫緩存大小調(diào)整每個應(yīng)用的讀緩存區(qū)和寫緩存區(qū)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合存儲系統(tǒng)，其特征在于，所述緩存分配模塊實時計算滿足每個應(yīng)用延遲需求的固態(tài)盤的讀緩存區(qū)大小和寫緩存區(qū)大小具體為：

求解目標(biāo)函數(shù)minCi=CRi+CWi,]]>其約束條件為：

Ti≤TtargetiCRi≥0CWi≥0,]]>

其中，和分別為應(yīng)用a_i的讀緩存區(qū)和寫緩存區(qū)大小，C_i表示應(yīng)用a_i固態(tài)盤緩存總大小，1≤i≤N，N為運行于混合存儲系統(tǒng)上的應(yīng)用數(shù)目；

表示為應(yīng)用a_i所指定的目標(biāo)延遲；

T_i為應(yīng)用a_i的請求平均響應(yīng)時間，Ti=Pi×Treadi+(1-Pi)×Twritei;]]>

P_i為應(yīng)用a_i的讀請求所占比例；

為應(yīng)用a_i讀請求的平均響應(yīng)時間，Treadi=HRi×TR_SSD+(1-HRi)×(TR_HDD+TW_SSD);]]>

為應(yīng)用a_i寫請求的平均響應(yīng)時間，Twritei=HWi×TW_SSD+(1-HWi)×(TR_SSD+TW_HDD+TW_SSD);]]>

和分別為應(yīng)用a_i的讀請求和寫請求的緩存命中率，HRi=1-e-fRiCRi,HWi=1-e-fWiCWi,]]>和分別為讀負載特征常量和寫負載特征常量；

T_{R_SSD}和T_{W_SSD}分別為固態(tài)盤的讀和寫的操作開銷，T_{R_HDD}和T_{W_HDD}分別為磁盤讀和寫的訪問時間；

求解目標(biāo)函數(shù)得到的和的最優(yōu)結(jié)果，即為滿足每個應(yīng)用延遲需求的固態(tài)盤的讀緩存區(qū)大小和寫緩存區(qū)大小