[發(fā)明專利]利用混合存儲系統(tǒng)提的方法高存儲性價比

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• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107589918A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張志華
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州韋科韜信息技術(shù)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(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機的存儲，主要是利用了固態(tài)硬盤的讀寫速度和傳統(tǒng)硬盤的性價比的優(yōu)勢，混合存儲的數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)

基于閃存的固態(tài)盤是一種新型的大容量存儲設(shè)備，固態(tài)硬盤的損耗是影響他們可靠性的主要因素，加速固態(tài)硬盤損耗的主要因子是在閃存芯片上實施寫循環(huán)的數(shù)量，而基于固態(tài)硬盤的磁盤子系統(tǒng)中寫循環(huán)的數(shù)量則主要取決于RAIDS(獨立磁盤冗余陣列)上應(yīng)用的擦除碼。

從性能上來看，固態(tài)硬盤由于是電學(xué)設(shè)備，不存在尋道時間，從而可以提供相比傳統(tǒng)磁盤高幾十至幾百倍的隨機訪問性能。固態(tài)硬盤的另一個重要特性是讀寫不對稱性，相比讀而言，固態(tài)硬盤的寫操作代價要昂貴的多，這不僅僅體現(xiàn)在性能上，也體現(xiàn)在寫次數(shù)過多會使閃存芯片報廢，縮短固態(tài)硬盤的壽命上。同時注意到，盡管制造工藝進步迅速，但短期內(nèi)固態(tài)硬盤在容量和價格上仍然無法和傳統(tǒng)磁盤競爭，在海量數(shù)據(jù)存儲處理領(lǐng)域，用固態(tài)硬盤完全取代磁盤仍然有很大的難度。因此，比較合理的解決方案是構(gòu)建一種固態(tài)硬盤和磁性硬盤的混合存儲系統(tǒng)，將大部分數(shù)據(jù)存放在磁盤上而將少量熱點數(shù)據(jù)存放在固態(tài)硬盤上，從而提高系統(tǒng)的總體性能，縮短查詢的平均響應(yīng)時間。然而，簡單將固態(tài)硬盤和磁性硬盤部署在計算機上，使之對應(yīng)用可見的解決方案難以滿足變化多端的實際應(yīng)用。目前常用的方法是為固態(tài)硬盤增加電容，通過電容供電，保證異常掉電時FTL地址映射表等能夠保存到固態(tài)硬盤中，但是這種方法有很大的局限性，電容電量有限，大容量固態(tài)硬盤FTL表項很大，同時在寫緩存等開啟情況下，也需要保存緩存數(shù)據(jù)。由于固態(tài)硬盤的容量較小且價格昂貴，因此如何盡可地能將訪問最頻繁的數(shù)據(jù)動態(tài)部署到固態(tài)硬盤上，是提升系統(tǒng)性能的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種利用混合存儲系統(tǒng)提高存儲性價比的方法，以及在該系統(tǒng)上根據(jù)應(yīng)用運行情況動態(tài)調(diào)整頁面物理分布的方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一、一種基于固態(tài)硬盤和磁性硬盤的混合存儲系統(tǒng)：包括一塊或多塊固態(tài)硬盤組成的固態(tài)硬盤陣列、一塊或多塊磁性硬盤組成的磁性硬盤陣列和一塊存儲控制器；固態(tài)硬盤陣列與磁性硬盤陣列通過存儲控制器與計算機系統(tǒng)總線相連；所述混合存儲系統(tǒng)對操作系統(tǒng)展現(xiàn)為一個邏輯設(shè)備，其容量為所述兩個陣列容量之和；對混合存儲系統(tǒng)的訪問通過對邏輯頁面的取址來進行，邏輯頁面的大小在系統(tǒng)初始化時被確定為單個512字節(jié)的扇區(qū)的整數(shù)倍。所述的固態(tài)硬盤陣列與磁性硬盤陣列，根據(jù)需要自由定制成為從RAID0到RAID6的冗余陣列類型，從而自身保證數(shù)據(jù)容錯能力和讀取性能。

二、一種基于固態(tài)硬盤和磁性硬盤的混合存儲方法：

在存儲控制器中維護從邏輯頁面到物理頁面的映射表，將單個邏輯頁面映射到固態(tài)硬盤或磁性硬盤的物理頁面上；邏輯頁面的訪問請求通過映射表被轉(zhuǎn)化為對物理頁面的訪問請求；存儲控制器為每個邏輯頁面記錄一個特征狀態(tài)，每當邏輯頁面被訪問時，存儲控制器根據(jù)當前訪問請求的訪問模式對頁面的特征狀態(tài)進行修正，并根據(jù)統(tǒng)計信息將隨機訪問較多的頁面轉(zhuǎn)移到固態(tài)硬盤陣列上，將順序訪問較多的頁面轉(zhuǎn)移到磁性硬盤陣列上，以提高系統(tǒng)的響應(yīng)效率。所述訪問模式包括四種：順序讀、順序?qū)?、隨機讀和隨機寫，頁面的特征狀態(tài)由四種訪問模式之和決定，頁面的特征狀態(tài)代表了該頁面存放在固態(tài)硬盤上相比存放在磁性硬盤上能帶來的性能提升。所述統(tǒng)計信息被維護在存儲控制器中，并根據(jù)統(tǒng)計信息動態(tài)地修正兩個閾值，分別代表磁性硬盤和固態(tài)硬盤的存儲特征閾值，在系統(tǒng)運行過程中，當某一頁面的特征狀態(tài)超過固態(tài)硬盤的存儲特征閾值時，該頁面被替換到固態(tài)硬盤中，存儲控制器更新映射表中此頁面的映射信息。所述四種訪問模式的值根據(jù)存儲系統(tǒng)所配備的固態(tài)硬盤陣列和磁性硬盤陣列的性能特點、價格和容量三個因素確定。

本發(fā)明解決了在固態(tài)硬盤和磁性硬盤的混合系統(tǒng)中優(yōu)化數(shù)據(jù)分布，以適應(yīng)復(fù)雜應(yīng)用的問題，具有以下有益效果：

1)混合存儲系統(tǒng)采用容量較大，價格較便宜的磁性硬盤來存儲大部分數(shù)據(jù)，同時采用隨機訪問性能優(yōu)異的固態(tài)硬盤來存儲熱點訪問數(shù)據(jù)，從而盡可能地發(fā)揮固態(tài)硬盤的性能優(yōu)勢，在較低成本的前提下，提高海量規(guī)模數(shù)據(jù)查詢的性能。

2)混合存儲系統(tǒng)采用了以頁面為調(diào)度單位的自優(yōu)化方法，從而避免了由管理員手動分布數(shù)據(jù)所難以避免的粒度過大、難以調(diào)節(jié)等困難。存儲系統(tǒng)對外表現(xiàn)為一塊邏輯設(shè)備，簡化了數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，減輕了系統(tǒng)設(shè)計者與管理員的負擔(dān)。

3)系統(tǒng)在運行過程中動態(tài)調(diào)節(jié)自身的統(tǒng)計信息、各頁面的特征狀態(tài)，并動態(tài)優(yōu)化頁面的物理分布，以提高系統(tǒng)的訪問性能?？梢詽M足各種類型的應(yīng)用需求，并在應(yīng)用發(fā)生變化時自動進行適應(yīng)。