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

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410145032.0
• 申請(qǐng)日: 2014-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN103902474B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮丹;王芳;張泉;謝燕文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F12/0895
• 分類號(hào): 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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種支持固態(tài)盤緩存動(dòng)態(tài)分配的混合存儲(chǔ)系統(tǒng)和方法，上述系統(tǒng)可以根據(jù)應(yīng)用的負(fù)載特征和性能需求，動(dòng)態(tài)地分配和調(diào)整每個(gè)應(yīng)用的固態(tài)盤緩存空間大小以滿足應(yīng)用延遲需求，并優(yōu)化混合存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體性能。

背景技術(shù)

鑒于固態(tài)盤和磁盤在價(jià)格、容量、壽命等方面具有各自的優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)中心越來(lái)越傾向于用固態(tài)盤和磁盤構(gòu)建大容量、高性能和低價(jià)格的混合存儲(chǔ)系統(tǒng)。由于固態(tài)盤的容量和價(jià)格介于磁盤和內(nèi)存之間，因此，大量混合存儲(chǔ)系統(tǒng)將固態(tài)盤用作磁盤的緩存，其中最典型的代表當(dāng)屬Facebook公司的Flashcache內(nèi)核模塊，F(xiàn)lashcache采用固態(tài)盤作為磁盤的緩存，加速數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL的訪問(wèn)性能，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)磁盤隨機(jī)讀寫的性能缺陷。

然而，在大規(guī)模數(shù)據(jù)服務(wù)中心，大量的并發(fā)應(yīng)用共享存儲(chǔ)系統(tǒng)，相互競(jìng)爭(zhēng)固態(tài)盤緩存資源，應(yīng)用之間的相互干擾會(huì)破壞每個(gè)應(yīng)用內(nèi)部的訪問(wèn)局部性，降低了固態(tài)盤緩存命中率。同時(shí)，在上述混合存儲(chǔ)系統(tǒng)中，固態(tài)盤作為磁盤的緩存資源，可以加速每個(gè)應(yīng)用的訪問(wèn)性能，從而向應(yīng)用提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，因此，每個(gè)應(yīng)用所獲得的固態(tài)盤存儲(chǔ)容量將直接影響其最終訪問(wèn)性能，盲目的固態(tài)盤緩存競(jìng)爭(zhēng)可能導(dǎo)致應(yīng)用的性能無(wú)法得到保證。同時(shí)，在數(shù)據(jù)服務(wù)中心環(huán)境下，不同的應(yīng)用具有不同的服務(wù)質(zhì)量需求，比如，在線事務(wù)處理和游戲要求比較低的響應(yīng)延遲，而多媒體應(yīng)用則屬于軟實(shí)時(shí)應(yīng)用，備份等應(yīng)用則對(duì)延遲沒有明顯的限制，因此，數(shù)據(jù)中心需要優(yōu)化存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體性能，并同時(shí)根據(jù)應(yīng)用的性能需求提供區(qū)分的存儲(chǔ)服務(wù)。盡管相對(duì)于內(nèi)存資源，固態(tài)盤的容量更大，價(jià)格更便宜，但對(duì)于海量的數(shù)據(jù)而言，固態(tài)盤的容量仍然不過(guò)是滄海一粟。因此，為應(yīng)用分配的固態(tài)盤緩存資源大小不僅直接影響著應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量，也會(huì)影響到存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體性能。

因此，在基于固態(tài)盤和磁盤的混合存儲(chǔ)系統(tǒng)中，如何根據(jù)應(yīng)用的性能需求和負(fù)載特征的動(dòng)態(tài)變化，設(shè)計(jì)出一種固態(tài)盤緩存動(dòng)態(tài)分配的方法，從而在滿足應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)性能需求的同時(shí)，提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體性能，是數(shù)據(jù)服務(wù)中心目前亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種支持固態(tài)盤緩存動(dòng)態(tài)分配的混合存儲(chǔ)系統(tǒng)，可以根據(jù)應(yīng)用的負(fù)載特征和性能需求動(dòng)態(tài)地分配固態(tài)盤緩存空間，從而向并發(fā)應(yīng)用提供區(qū)分的存儲(chǔ)服務(wù)質(zhì)量保證，并提高了固態(tài)盤緩存空間利用效率，極大地提高了混合存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體性能。

本發(fā)明公布了一種混合存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括一塊或多塊固態(tài)盤組成的固態(tài)盤陣列設(shè)備、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。所述混合存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)于操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序展現(xiàn)為統(tǒng)一的邏輯存儲(chǔ)設(shè)備，所述固態(tài)盤與磁盤通過(guò)控制器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線相連。在上述混合存儲(chǔ)系統(tǒng)中，固態(tài)盤用作磁盤的緩存，用以加速應(yīng)用的訪問(wèn)與降低請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間，而固態(tài)盤緩存管理模塊則負(fù)責(zé)固態(tài)盤緩存管理及空間分配，并向上層應(yīng)用提供區(qū)分的存儲(chǔ)服務(wù)質(zhì)量保障。

本發(fā)明的主要原理為：在上述基于固態(tài)盤與磁盤的混合存儲(chǔ)系統(tǒng)中，通過(guò)管理和分配每個(gè)應(yīng)用所獲得的固態(tài)盤緩存空間大小可以實(shí)現(xiàn)基于應(yīng)用級(jí)別的區(qū)分存儲(chǔ)服務(wù)。固態(tài)盤緩存管理模塊可以根據(jù)應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)和性能需求，對(duì)關(guān)鍵的應(yīng)用分配更多的固態(tài)盤資源，從而使得不同優(yōu)先級(jí)的應(yīng)用可以使用的固態(tài)盤緩存空間大小不同。同時(shí)，可以根據(jù)應(yīng)用負(fù)載特征變化和固態(tài)盤利用效率動(dòng)態(tài)地調(diào)整每個(gè)應(yīng)用所獲得的固態(tài)盤空間大小，從而避免固態(tài)盤空間浪費(fèi)并提高了存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體性能。

本發(fā)明是通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)的，固態(tài)盤緩存管理模塊通過(guò)實(shí)時(shí)記錄應(yīng)用的歷史緩存空間分配情況和命中率，以及應(yīng)用的I/O負(fù)載特征和平均延遲，根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)信息，并采用多元回歸方法，動(dòng)態(tài)地提取和建立應(yīng)用訪問(wèn)性能與固態(tài)盤緩存分配之間的關(guān)系模型。根據(jù)應(yīng)用的性能模型，固態(tài)盤緩存管理模塊可以確定滿足應(yīng)用性能所需要的最小固態(tài)盤緩存大小，并將分配給應(yīng)用的固態(tài)盤緩存進(jìn)一步劃分為讀緩存和寫緩存。同時(shí)，鑒于不同應(yīng)用的緩存利用效率不同，固態(tài)盤緩存管理模塊將空閑固態(tài)盤空間按不同應(yīng)用的緩存利用效率分配給應(yīng)用以提高混合存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種支持固態(tài)盤緩存動(dòng)態(tài)分配的混合存儲(chǔ)系統(tǒng)，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(chǔ)系統(tǒng)對(duì)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(guò)控制器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線相連，其中所述固態(tài)盤作為所述磁盤的緩存；