[發明專利]一種基于固態盤陣列和緩存的數據處理方法及系統

有效

• 申請號: 201710604527.9
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107402890B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 馮丹;梅林軍;陳儉喜;曾令仿;劉景寧;張曉祎
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F12/02
• 分類號: G06F12/02;G06F3/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

本發明公開了一種基于固態盤陣列和緩存的數據處理方法及裝置，包括：接收寫請求，指示固態盤和緩存寫入所述寫請求對應的數據；通過哈希表指示所述緩存中存儲的每個芯片最后一次寫入的數據；當所述緩存被寫滿時，優先替換第一條帶在所述緩存中的數據塊，所述第一條帶在所述緩存中的包括的數據塊最多，當所述第一條帶被替換時，指示所述芯片計算所述第一條帶的校驗信息并將該校驗信息寫入所述芯片中；當有芯片失效時，通過所述哈希表恢復該失效芯片中最后一次寫入的數據，通過未失效芯片中的數據和校驗信息恢復失效芯片中對應邏輯地址上的數據。本發明通過緩存延遲校驗塊更新，改善芯片陣列小寫性能和擦除次數問題。

技術領域

本發明屬于計算機存儲技術領域，更具體地，涉及一種基于固態盤陣列和緩存的數據處理方法及系統。

背景技術

傳統磁盤由于受到機械特性的限制，讀寫速度的提升已經發展到了瓶頸。新型電子存儲設備固態盤的具有很好的讀寫性能，但是固態盤的容量小、擦寫次數有限。獨立冗余磁盤陣列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)技術把多塊獨立的物理硬盤按不同的方式組合起來形成一個大容量、高性能邏輯硬盤。RAID根據容錯能力和數據布局的不同可以分為不同的陣列級別(RAID Levels)。RAID5是RAID Levels中最常用的一種級別。為了提升單個固態盤的性能和可靠性，很多研究在固態盤內部使用RAID技術，將內部的芯片組成陣列。

RAID5陣列具有高性能和高可靠性，但是它存在著“小寫”性能問題。RAID5處理一次“小寫”請求時，需要2次讀請求和2次寫請求來完成用戶的請求。因此，RAID5的“小寫”性能很差。同時，由于異地更新方式的影響，單個固態盤的隨機寫性能很差。所以，在固態盤內部使用芯片組成RAID5陣列時，需要特別考慮小寫請求的處理。在RAID5中每次寫請求都需要更新校驗塊，因此，校驗塊會被頻繁地更新。而固態盤芯片的擦寫次數有限，所以，在固態盤內使用RAID5技術還需要注意校驗塊的頻繁更新問題。

現有研究為了緩解“小寫”問題和校驗塊頻繁擦除次數問題，在固態盤內增加一個非易失性緩存，通過存放部分校驗信息，來延遲芯片陣列中校驗塊的更新，達到提升“小寫”性能和減少對校驗塊擦除次數的目的。如果一個數據塊被更新時，在緩存中有對應的部分校驗信息，為了計算新的部分校驗信息，上述方法需要讀取芯片陣列中的一些數據。該研究忽略了真實負載局部性原理，一個數據塊被更新時，在不久將來會被再次更新，這種情況下，上述方法就會產生很多額外的讀請求。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于解決現有技術由于更新數據塊在緩存中有對應校驗信息而帶來的額外讀操作的技術問題。

為實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種基于固態盤陣列和緩存的數據處理方法，包括：

接收寫請求，指示固態盤和緩存寫入所述寫請求對應的數據，所述固態盤包括多個芯片組成的陣列，所述多個芯片用于承載多個條帶，每個條帶包括的多個候選寫入數據位置分散在所述多個芯片，每個條帶包括的多個候選寫入數據位置的邏輯地址相同，所述固態盤中前后兩次寫入的邏輯地址相同的數據采用異地更新策略寫在不同的芯片中，所述緩存中前后兩次寫入的同一個芯片的數據采用本地更新策略寫入相同的位置；通過哈希表指示所述緩存中存儲的每個芯片最后一次寫入的數據；當所述緩存被寫滿時，優先替換第一條帶在所述緩存中的數據塊，所述第一條帶在所述緩存中的包括的數據塊最多，當所述第一條帶被替換時，指示所述多個芯片計算所述第一條帶的校驗信息并將該校驗信息寫入所述多個芯片中；當有芯片失效時，通過所述哈希表恢復該失效芯片中最后一次寫入的數據，通過未失效芯片中的數據和校驗信息恢復失效芯片中對應邏輯地址上的數據。

其中，所述固態盤內部使用RAID技術。