[發(fā)明專利]數(shù)據(jù)中心混合磁盤陣列及其數(shù)據(jù)動態(tài)遷移策略

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810820342.6
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN109144411A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳金忠;耿銳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 34114
• 代理人: 吳娜

本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)中心混合磁盤陣列，包括：機械硬盤，用于存儲順序訪問以寫為主的數(shù)據(jù)塊；固態(tài)硬盤，用于存儲隨機訪問以讀為主的數(shù)據(jù)塊；陣列控制器，維護邏輯塊和物理塊之間的映射，將邏輯塊映射到固態(tài)硬盤或機械硬盤的物理塊；通過維護已訪問數(shù)據(jù)塊的哈希鏈表，記錄數(shù)據(jù)塊所在的設(shè)備號、邏輯塊地址、訪問頻率、讀寫比例和平均請求大小，由此計算出轉(zhuǎn)移狀態(tài)值。本發(fā)明還公開了一種數(shù)據(jù)中心混合磁盤陣列的數(shù)據(jù)動態(tài)遷移策略。本發(fā)明的混合磁盤陣列利用容量較大的機械硬盤存儲大部分數(shù)據(jù)，利用容量較小的固態(tài)硬盤存儲熱點隨機訪問的數(shù)據(jù)，滿足了數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)的大容量、高性能和低成本的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機存儲技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種數(shù)據(jù)中心混合磁盤陣列及其數(shù)據(jù)動態(tài)遷移策略。

背景技術(shù)

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，基于NAND閃存技術(shù)的固態(tài)硬盤逐漸的應(yīng)用于存儲系統(tǒng)。固態(tài)硬盤消除了機械硬盤的旋轉(zhuǎn)特性，這使得固態(tài)硬盤的存取性能高出機械硬盤幾十倍甚至幾百倍。固態(tài)硬盤的另一個重要特性是讀寫不對稱性，讀的性能要高于寫的性能。另外，頻繁的寫操作會觸發(fā)昂貴的垃圾回收操作，從而影響固態(tài)硬盤的使用壽命。

由于固態(tài)硬盤在價格和容量上無法和傳統(tǒng)機械硬盤競爭，使得固態(tài)硬盤還不能夠完全取代傳統(tǒng)的機械硬盤。因此，由固態(tài)硬盤和機械硬盤組成的混合存儲系統(tǒng)是比較理想的選擇。固態(tài)硬盤和機械硬盤針對不同的應(yīng)用程序特性，其性能是不相同的。例如，機械硬盤對于順序讀寫的性能比隨機讀寫的性能高。固態(tài)硬盤對于隨機讀的性能要比隨機寫的性能高。當前數(shù)據(jù)中心的存儲系統(tǒng)不僅需要提供高性能、高可靠的服務(wù)，還需要考慮大容量和低成本方面的需求。

目前數(shù)據(jù)中心的混合磁盤陣列(如RAID5、RAID6)并沒有根據(jù)負載的訪問特性存儲數(shù)據(jù)，一方面，可能會造成大量的隨機請求集中在機械硬盤，另一方面，也會造成大量的寫請求集中在固態(tài)硬盤。這不僅會降低數(shù)據(jù)中心磁盤陣列的整體性能，而且還會縮短固態(tài)硬盤的使用壽命，從而降低數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的首要目的在于提供一種由機械硬盤和固態(tài)硬盤組成，滿足了數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)所要求的大容量、高性能和低成本的需求的數(shù)據(jù)中心混合磁盤陣列。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種數(shù)據(jù)中心混合磁盤陣列，包括：

機械硬盤，用于存儲順序訪問以寫為主的數(shù)據(jù)塊；

固態(tài)硬盤，用于存儲隨機訪問以讀為主的數(shù)據(jù)塊；

陣列控制器，維護邏輯塊和物理塊之間的映射，將邏輯塊映射到固態(tài)硬盤或機械硬盤的物理塊；對每個數(shù)據(jù)塊維護一個轉(zhuǎn)移狀態(tài)值，根據(jù)狀態(tài)值，將存儲塊遷移到固態(tài)硬盤且該存儲塊是隨機訪問以讀為主的，將存儲塊遷移到機械硬盤且該存儲塊是順序訪問以寫為主的；通過維護已訪問數(shù)據(jù)塊的哈希鏈表，記錄數(shù)據(jù)塊所在的設(shè)備號、邏輯塊地址、訪問頻率、讀寫比例和平均請求大小，由此計算出轉(zhuǎn)移狀態(tài)值。

數(shù)據(jù)中心的分布式文件系統(tǒng)將固態(tài)硬盤和機械硬盤統(tǒng)一映射為邏輯設(shè)備，通過相同的接口進行訪問。

每個所述邏輯設(shè)備由多個存儲塊組成，每個存儲塊又由多個存儲頁面構(gòu)成，存儲頁面的大小為2KB或4KB。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種數(shù)據(jù)中心混合磁盤陣列的數(shù)據(jù)動態(tài)遷移策略，該策略包括下列順序的步驟：

(1)當分布式文件系統(tǒng)空閑時，首先計算每個數(shù)據(jù)塊的轉(zhuǎn)移狀態(tài)值，然后挑選出前N個轉(zhuǎn)移狀態(tài)值較大的數(shù)據(jù)塊，挑選數(shù)據(jù)塊的數(shù)量N根據(jù)分布式文件系統(tǒng)空閑時間長短設(shè)定；

(2)判斷固態(tài)硬盤是否還有剩余空間，若判斷結(jié)果為否，替換出固態(tài)硬盤中N個轉(zhuǎn)移狀態(tài)值較小的數(shù)據(jù)塊，否則，直接將挑選出的數(shù)據(jù)塊轉(zhuǎn)移到固態(tài)硬盤；

(3)在數(shù)據(jù)塊發(fā)生轉(zhuǎn)移之后，更新重定向映射表，重新映射數(shù)據(jù)塊的位置；

(4)遷移結(jié)束；