[發明專利]數據存儲方法及NVMe存儲系統

有效

• 申請號: 201811064683.1
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109213772B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 翁楚良;儲佳佳;涂云山;張耀
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G06F16/23
• 分類號: G06F16/23;G06F12/02
• 代理公司: 上海百一領御專利代理事務所(普通合伙) 31243
• 代理人: 王奎宇;甘章乖

本申請提供了一種基于NVMe存儲系統的數據存儲方法及NVMe存儲系統，能夠根據接收的待寫入數據和內存中元數據信息，確定待寫入數據在關系表存儲空間中的位置，再進一步將待寫入數據不通過內核、不寫入緩存而是直接寫入對應的關系表存儲空間，從而實現了數據庫層、操作系統層和文件系統層的精簡與整合，與傳統存儲系統相比，本申請提供的方案充分利用了NVMe存儲設備的硬件并行性，減少了層次之間非必須的數據拷貝、上下文切換，將中斷模式改為輪詢模式，縮短了數據處理的執行路徑，提高了數據寫入的效率，同時還實現了在單一的用戶態緩存中查找待讀取數據，避免了傳統存儲系統中多層次緩存的查找和狀態切換，從而提高了數據讀取的效率。

技術領域

本申請涉及計算機存儲領域，尤其涉及一種數據存儲方法及NVMe存儲系統。

背景技術

隨著新材料的研究推進以及工業制造技藝的進步，新型高性能的存儲硬件如NVMe設備等得到了較快的發展。NVMe設備，是指支持非易失性內存主機控制器接口規范(Non-Volatile Memory express，NVMe)協議的存儲設備。目前，NVMe協議已得到了廣泛使用，由于NVMe協議采用了簡化的指令、較低延遲的軟件堆棧、隊列并行性和較大的隊列深度，能夠很大程度上減少硬件層面的I/O開銷和延遲，從而使得支持NVMe協議的存儲設備具有高帶寬、低延遲的硬件特性，對于I/O密集型應用有著較好的支持，常用的NVMe設備例如有PCIe固態硬盤和英特爾傲騰存儲器等。

一般來說，衡量存儲設備的存儲效率通過數據存儲的總延遲來判斷，數據存儲的總延遲可包括硬件延遲和軟件延遲，由于NVMe設備上數據存儲的硬件延遲大幅度減少，使得部署在NVMe設備上的存儲軟件所導致的軟件延遲相應變大，以至于傳統的存儲軟件無法充分發揮NVMe設備的潛能。

為了提升存儲系統的數據存儲效率，現有技術對傳統的存儲軟件的軟件棧進行了一定的優化，例如，通過使用用戶態的輕量級文件系統Aerie、基于日志結構的文件系統NOVA，減少了文件系統層的軟件延遲；另外，通過使用硬件設備層面的文件系統DevFS來繞過了操作系統層的數據處理，從而減少操作系統層的軟件延遲；還針對OLTP型負載的數據庫引擎Hekaton優化了數據庫層的數據處理開銷，減少了數據庫層的軟件延遲等。但是，上述優化技術僅僅對傳統存儲軟件棧中的文件系統層、操作系統層以及數據庫層進行了局部優化，并沒有實現從存儲軟件棧的整體上進行分析、整合以及精簡，從而性能優化不全面、不徹底，無法充分發揮NVMe設備的高性能。

申請內容

本申請的一個目的是提供一種基于NVMe存儲系統的數據存儲方法及NVMe存儲系統。

為實現上述目的，本申請的一些實施例提供了一種基于NVMe存儲系統的數據存儲方法，其中，所述NVMe存儲系統包括處理器、內存和NVMe存儲設備，所述NVMe存儲設備支持非易失性內存主機控制器接口規范并保存有元數據文件，且包含用于存儲用戶數據的關系表存儲空間，該方法包括：

在NVMe存儲系統啟動時，處理器將所述元數據文件中的元數據信息加載到內存中；

處理器接收客戶端的數據寫入請求；

處理器根據所述數據寫入請求中待寫入數據和內存中元數據信息，確定所述待寫入數據在關系表存儲空間中的位置信息；

處理器根據所述位置信息，直接將所述待寫入數據寫入對應的關系表存儲空間；

若數據寫入成功，處理器根據所述待寫入數據的寫入結果對元數據信息進行更新。

進一步地，處理器將所述元數據文件中的元數據信息加載到內存中，包括：

處理器根據預設的元數據文件存放目錄，查找元數據文件；

處理器讀取并解析所述元數據文件，獲取元數據信息；