[發明專利]一種消除固態盤中預寫式日志重復數據寫的方法及設備

有效

• 申請號: 202110103513.5
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112764685B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 吳秋霖;周游;吳非;謝長生
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種消除固態盤中預寫式日志重復數據寫的方法及設備，屬于存儲技術領域，應用預寫式日志的數據庫創建于對外暴露地址重映射接口的閃存固態盤上；方法包括：事務更新數據庫文件的第一邏輯頁時，在日志文件中分配第二邏輯頁，并生成包含第一邏輯頁地址的語義信息，將新的數據頁寫入第二邏輯頁所映射的物理頁，并將語義信息及反向映射信息寫入帶外區域；在檢查點期間，獲得各數據頁所關聯的日志文件邏輯頁地址和數據庫文件邏輯頁地址，分別作為起始源邏輯地址和起始目的邏輯地址，以通過地址重映射建立數據庫文件邏輯頁與日志文件物理頁之間的正向映射關系。本發明能夠保證數據庫事務的原子性和固態盤內映射的一致性且不引入額外寫操作。

技術領域

本發明屬于存儲技術領域，更具體地，涉及一種消除固態盤中預寫式日志重復數據寫的方法及設備。

背景技術

預寫式日志(write-ahead logging，WAL)被掛廣泛用于數據庫系統，如SQLite和MySQL/InnoDB等，提供數據庫事務原子性進而保證數據一致性。當事務更新數據庫文件數據頁時，會先將更新的數據頁追加寫到單獨的日志文件，等到檢查點時會將日志文件中的數據寫回到數據庫文件數據原位置，引起重復數據寫，降低系統性能。

另一方面，基于閃存的固態盤由于諸多優點被廣泛應用于各種存儲系統中，但也有如先擦后寫、擦寫粒度不對稱、擦寫次數有限等特性。固態盤采用一個稱為閃存轉換層(flash translation layer，FTL)的軟件層對閃存進行管理，FTL主要實現以下功能：①異地更新與地址映射，將數據寫入空閑閃存頁并將舊數據頁標記為無效，維護一個主機邏輯地址到閃存物理地址的正向映射表；②垃圾回收，回收包含無效數據的閃存空間，選擇無效數據頁最多的閃存塊，遷移其中有有效數據然后擦除該閃存塊；③其余還有損耗均衡、壞塊管理等功能。當固態盤將主機數據寫入閃存頁時，也會將數據的邏輯地址寫入該閃存頁的帶外區域(OOB)，這種物理地址到邏輯地址的反向映射在固態盤的垃圾回收及斷電恢復過程中起到重要作用，垃圾回收需要獲取遷移數據頁的邏輯地址以修改其正向映射，斷電恢復需要獲取所有閃存頁的反向映射重建正確的正向映射表。

為了消除固態盤中預寫式日志的重復數據寫，提升系統性能，延長固態盤使用壽命，現有的方案利用固態盤的閃存轉換層，對外提供原子寫接口或地址重映射接口，但是這些方案在保證事務的原子性和固態盤內映射的一致性時會引起額外的閃存寫操作。具體來說，有些方法中，事務每次調用原子寫接口之后，都需要調用flush操作將數據刷盤，保證事務原子性，降低性能，增加寫入；還有一些方法中，在保證事務原子性或者固態盤映射一致性的時候，在固態盤內維護一些額外的數據并定期將這些數據持久化到閃存上，增加閃存頁寫入，降低性能。額外的閃存寫操作會帶來性能開銷，縮短固態盤使用壽命。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種消除固態盤中預寫式日志重復數據寫的方法及設備，其目的在于，在不引入額外的寫操作的情況下，保證數據庫事務的原子性和固態盤內映射的一致性。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種消除固態盤中預寫式日志重復數據寫的方法，應用預寫式日志的數據庫創建于基于閃存的固態盤上，且固態盤對外暴露地址重映射接口；方法包括：

事務更新數據庫文件的第一邏輯頁時，在日志文件中以追加寫入的方式為新的數據頁分配第二邏輯頁，并生成相應的語義信息，將新的數據頁寫入第二邏輯頁所映射的物理頁，并將所生成的語義信息及相應的反向地址映射信息寫入該物理頁的帶外區域；語義信息包括日志文件中的數據頁所對應的數據庫文件邏輯頁地址；

在檢查點期間，獲得事務更新的數據頁中，各數據頁所關聯的日志文件邏輯頁地址和數據庫文件邏輯頁地址，分別作為地址重映射的起始源邏輯地址和起始目的邏輯地址，以通過地址重映射建立數據庫文件邏輯頁與日志文件物理頁之間的正向映射關系。