SSD Cache填充方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種SSD?Cache填充方法及裝置，應(yīng)用于存儲(chǔ)設(shè)備上，該方法包括：將SSD?Cache劃分成若干不同大小的塊Block；根據(jù)待填充數(shù)據(jù)塊大小，選擇與所述待填充數(shù)據(jù)塊大小最接近的Block進(jìn)行填充，所述待填充數(shù)據(jù)塊大小小于或者等于所述Block大小。本發(fā)明根據(jù)業(yè)務(wù)命令大小選擇需要填充的Block大小，盡量減少磁盤的回讀次數(shù)，提高SSD?Cache的填充速度。
【專利說明】SSD Cache填充方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及存儲(chǔ)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種SSD Cache填充方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]目前通用的存儲(chǔ)產(chǎn)品中，使用SSD (Solid State Disk，固態(tài)硬盤)硬盤作為系統(tǒng)的二級(jí)讀緩存，來提高陣列的隨機(jī)讀性能，通常將此處的SSD硬盤叫做SSD Cache (高速緩沖存儲(chǔ)器)。由于存儲(chǔ)設(shè)備自身的讀緩存通常都比較小，一般只有幾百M(fèi)B到IGB之間，而SSDCache的空間已經(jīng)達(dá)到了 1TB，因此，如果將數(shù)據(jù)提前讀出并填充到SSD Cache，那么，數(shù)據(jù)被訪問時(shí)，直接從SSD Cache讀取,可以明顯縮短響應(yīng)時(shí)間,提高讀取性能。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)方案如圖1所示，當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入讀緩存并且讀緩存用盡后，開始填充SSDCache，這提高了 SSD Cache的填充門檻。如圖2所示，在填充SSD Cache時(shí)，SSD Cache的Block(塊，Cache的最小分配單位)大小通常設(shè)置為同讀緩存的Block大小一致。數(shù)據(jù)從磁盤寫入讀緩存，再從讀緩存填充到SSD Cache中(圖中實(shí)線為填充方向示意)。由于上層業(yè)務(wù)讀取的數(shù)據(jù)塊大小不等，所以讀緩存的Block中經(jīng)常存在空洞(即讀緩存的某些Block實(shí)際填充大小小于N)，而填充SSD Cache時(shí)則要求數(shù)據(jù)大小必須為N才能填充成功。因此，在將數(shù)據(jù)從讀緩存填充到SSD Cache時(shí)，對(duì)于小于N的數(shù)據(jù)，需要從磁盤回讀(圖中虛線為回讀方向示意)，將不足的部分?jǐn)?shù)據(jù)補(bǔ)齊，然后填充到SSD Cache。由于SSD Cache的Block大小固定且相同,而業(yè)務(wù)命令大小不等,必然導(dǎo)致填充SSD Cache時(shí)的回讀次數(shù)增加，增加了磁盤的隨機(jī)命令數(shù)，影響業(yè)務(wù)性能和填充速度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種SSD Cache填充方法，應(yīng)用于存儲(chǔ)設(shè)備上，該方法包括:
[0005]將SSD Cache劃分成若干不同大小的塊Block ；
[0006]根據(jù)待填充數(shù)據(jù)塊大小，選擇與所述待填充數(shù)據(jù)塊大小最接近的Block進(jìn)行填充，所述待填充數(shù)據(jù)塊大小小于或者等于所述Block大小。
[0007]本發(fā)明還提供了一種SSD Cache填充裝置，應(yīng)用于存儲(chǔ)設(shè)備上，該裝置包括:
[0008]Block配置單兀,用于將SSD Cache劃分成若干不同大小的塊Block ;
[0009]Block填充單元，用于根據(jù)待填充數(shù)據(jù)塊大小，選擇與所述待填充數(shù)據(jù)塊大小最接近的Block進(jìn)行填充,所述待填充數(shù)據(jù)塊大小小于或者等于所述Block大小。
[0010]本發(fā)明根據(jù)業(yè)務(wù)命令大小選擇需要填充的Block大小，盡量減少磁盤的回讀次數(shù)，提高SSD Cache的填充速度。同時(shí)，根據(jù)業(yè)務(wù)命令大小的分布趨勢(shì)，動(dòng)態(tài)調(diào)整SSD Cache的不同Block的分配空間，進(jìn)一步降低了對(duì)磁盤的隨機(jī)命令請(qǐng)求，提高了 SSD Cache的填充速度，達(dá)到提高隨機(jī)讀取性能的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中SSD Cache啟動(dòng)示意圖。
[0012]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中SSD Cache填充示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明一種實(shí)施方式中SSD Cache填充裝置的邏輯結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)硬件環(huán)境的示意圖。
[0014]圖4是本發(fā)明一種實(shí)施方式中SSD Cache填充方法的流程圖。
[0015]圖5是本發(fā)明一種實(shí)施方式中SSD Cache啟動(dòng)不意圖。
[0016]圖6是本發(fā)明一種實(shí)施方式中SSD Cache首次填充不意圖。
[0017]圖7是本發(fā)明一種實(shí)施方式中SSD Cache 二次填充示意圖。
[0018]圖8是本發(fā)明一種實(shí)施方式中SSD Cache動(dòng)態(tài)分配空間不意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]本發(fā)明提供一種虛擬化環(huán)境下SSD Cache填充裝置，以下以軟件在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)為例進(jìn)行說明，但是本發(fā)明并不排除諸如硬件或者邏輯器件等其他實(shí)現(xiàn)方式。如圖3所示，該裝置運(yùn)行的計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境包括CPU、內(nèi)存、非易失性存儲(chǔ)器以及其他硬件。該裝置作為計(jì)算機(jī)上一個(gè)邏輯層面的虛擬裝置，其通過計(jì)算機(jī)上的CPU來運(yùn)行。該裝置包括Block配置單元和Block填充單元。請(qǐng)參考圖4，該裝置的使用和運(yùn)行過程包括以下步驟:
[0021]步驟101，Block配置單元將SSD Cache劃分成若干不同大小的塊Block ；
[0022]步驟102，Block填充單元根據(jù)待填充數(shù)據(jù)塊大小，選擇與所述待填充數(shù)據(jù)塊大小最接近的Block進(jìn)行填充，所述待填充數(shù)據(jù)塊大小小于或者等于所述Block大小。
[0023]本發(fā)明通過將SSD Cache劃分為多個(gè)不同大小的Block，再根據(jù)上層業(yè)務(wù)命令選擇與其大小最接近的Block進(jìn)行填充，以減少對(duì)磁盤的隨機(jī)命令請(qǐng)求,提高了 SSD Cache的填充速度，達(dá)到提高隨機(jī)讀取性能的目的。具體實(shí)施過程如下。
[0024]如圖5所示，在上層業(yè)務(wù)發(fā)送讀請(qǐng)求時(shí)，若需從磁盤讀取數(shù)據(jù)，則將該數(shù)據(jù)寫入讀緩存的同時(shí)，啟動(dòng)SSD Cache的填充進(jìn)程，將數(shù)據(jù)填充到SSD Cache中。由于讀緩存的容量有限，讀緩存中始終保存的是上層業(yè)務(wù)需要用到的最新數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)在寫入讀緩存的同時(shí)，都會(huì)寫入到SSD Cache中，這里可理解為對(duì)讀緩存中數(shù)據(jù)的備份，由于SSD Cache的容量相對(duì)比較大，因此，保存了最近上層業(yè)務(wù)用到的數(shù)據(jù)(保存的數(shù)量取決于SSD Cache的容量)，其中，包括當(dāng)前讀緩存中的數(shù)據(jù)。當(dāng)上層業(yè)務(wù)需要讀取最近使用過的數(shù)據(jù)，而該數(shù)據(jù)不在讀緩存中時(shí)，向SSD Cache中查找，若SSD Cache有該數(shù)據(jù)，則從SSD Cache中直接讀取。從上述過程可知，寫入讀緩存的數(shù)據(jù)必將寫入SSD Cache中，而且SSD Cache寫入速度比讀緩存要慢，因此，本發(fā)明將對(duì)SSD Cache的填充過程提前，只要開始寫入讀緩存就啟動(dòng)SSD Cache填充進(jìn)程，避免了現(xiàn)有技術(shù)中必須在讀緩存用盡后才能啟動(dòng)SSD Cache，并且需要從讀緩存中將數(shù)據(jù)填充到SSD Cache中的問題，節(jié)約了時(shí)間，在一定程度上提高了填充速度。
[0025]由于SSD Cache數(shù)據(jù)填充必須滿足待填充數(shù)據(jù)塊大小與Block大小一致的條件，因此，本發(fā)明通過將SSD 0&(*6劃分成不同大小的趴001^(例如，41(、81(、161(、321(和641()，增加待填充數(shù)據(jù)塊與Block匹配的機(jī)率，進(jìn)而減少從磁盤回讀數(shù)據(jù)的次數(shù)，提高填充速度。
[0026]在對(duì)SSD Cache進(jìn)行數(shù)據(jù)填充時(shí)，根據(jù)待填充數(shù)據(jù)塊大小選擇與該數(shù)據(jù)塊大小最接近的Block進(jìn)行填充。結(jié)合圖6介紹SSD Cache數(shù)據(jù)填充過程。本實(shí)施例中，SSD Cache劃分的Block大小分別為4K、8K、16K、32K和64Κ。對(duì)于大于64K(SSD Cache中劃分的最大Block)的數(shù)據(jù)塊，將該數(shù)據(jù)塊按照64K進(jìn)行分割，選擇多個(gè)64K Block進(jìn)行填充，當(dāng)最后一個(gè)Block填充不滿時(shí)，從磁盤回讀；對(duì)于小于64K的數(shù)據(jù)塊，則依次判斷與其數(shù)據(jù)塊大小最接近的Block進(jìn)行填充，例如:數(shù)據(jù)塊大小小于等于4K，則將該數(shù)據(jù)塊填充到4K大小的Block中；數(shù)據(jù)塊大小大于4K小于等于8K，則將該數(shù)據(jù)塊填充到8K大小的Block中；以此類推，找到與每一個(gè)數(shù)據(jù)塊大小對(duì)應(yīng)的最匹配的Block進(jìn)行填充。在填充過程中，若數(shù)據(jù)塊大小等于Block大小，則無需從磁盤回讀數(shù)據(jù)；若數(shù)據(jù)塊大小小于Block大小，則Block中剩余空間需從磁盤中回讀數(shù)據(jù)進(jìn)行填充。例如:數(shù)據(jù)塊大小為12K，則將該數(shù)據(jù)塊填充到16K大小的Block中，剩余4K空間從磁盤回讀數(shù)據(jù)進(jìn)行填充。
[0027]在具體實(shí)現(xiàn)過程中，可通過設(shè)置回讀標(biāo)識(shí)位記錄對(duì)應(yīng)Block是否需要回讀，每一個(gè)二進(jìn)制位bit代表一個(gè)Block。bit等于O,表示對(duì)應(yīng)Block未填充或已填充不回讀；bit等于1，表示對(duì)應(yīng)Block已填充待回讀。假設(shè)使用一個(gè)ITB的SSD Cache，按照極限情況計(jì)算，假設(shè)8K大小的Block占據(jù)了整個(gè)SSD Cache空間，并且全部需要回讀，則回讀標(biāo)識(shí)位占用內(nèi)存大小為:((1*1024*1024*1024)/8)/(8*1024*1024) = 16MB，所以，在 SSD Cache 初始化時(shí)，需預(yù)先劃定16MB的空間給回讀標(biāo)識(shí)位，這些標(biāo)志位并不會(huì)明顯占用很大內(nèi)存空間。
[0028]上述過程為SSD Cache被首次填充的處理過程，同讀緩存一樣，SSD Cache也存在二次填充的情況，畢竟SSD Cache空間有限，總會(huì)被用盡，或者讀取的數(shù)據(jù)塊命中現(xiàn)有的Block空間，需要進(jìn)行二次填充。如圖7所示，假設(shè)上層業(yè)務(wù)讀取的數(shù)據(jù)大小為20K，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)已存在于16K的Block空間中，這時(shí)需要把16K的Block空間釋放出來，將20K數(shù)據(jù)寫入32K的Block中，并記錄該32K的Block需要回讀，從磁盤中回讀12K數(shù)據(jù)填充到32K 的 Block 中。如果 SSD Cache 中的 32K 的 Block 已用完，則使用 LRU(Least RecentlyUsed，近期最少使用算法)進(jìn)行替換，將最近不用的數(shù)據(jù)塊從Block中移出，填充新的數(shù)據(jù)塊。
[0029]為了進(jìn)一步提高填充速度,本發(fā)明可根據(jù)SSD Cache中不同大小Block的使用情況，動(dòng)態(tài)分配存儲(chǔ)空間。例如，初始化時(shí)，默認(rèn)按照平均分配的原則，為4K、8K、16K、32K和64Κ的Block分配相同的空間容量。假設(shè)SSD Cache的存儲(chǔ)空間總?cè)萘繛镼，則每種Block大小的容量均為Q/5。設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，每隔一定時(shí)間(比如Is)進(jìn)行一次填充Block個(gè)數(shù)的統(tǒng)計(jì)。假設(shè)當(dāng)前到達(dá)統(tǒng)計(jì)時(shí)間點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)4K、8K、16K、32K和64Κ的Block填充個(gè)數(shù)分別為DX、EX、FX、GX、HX，現(xiàn)以 8KBlock 為例，計(jì)算 8K Block 的填充比率為 Zx = Ex/(Dx+Ex+Fx+Gx+Hx)，即當(dāng)前8K Block填充個(gè)數(shù)占所有Block填充個(gè)數(shù)的百分比。由于上層應(yīng)用在不斷變化，其讀取的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度也會(huì)不同，導(dǎo)致每一個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)刻的Block填充比率不同。本發(fā)明通過對(duì)m次的Block填充比率取平均值，作為計(jì)算當(dāng)前Block存儲(chǔ)空間的依據(jù)。假設(shè)8K Block m次的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別為:m次統(tǒng)計(jì)中有nl次得到的填充比率為Z1，有n2次得到的填充比率為Z2,……，有ni次得到的填充比率為Zi，其中m= (nl+n2+…+ni)，則實(shí)際填充比率4 =(Zfnl+Z#!^+....+Zwni)/m。根據(jù)該填充比率重新為8K大小的Block分配存儲(chǔ)空間，存儲(chǔ)空間容量為Qy = Q*Zy。同理，計(jì)算4K、16K、32K和64Κ的Block填充比率，從而計(jì)算出對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間?？梢?，當(dāng)某一種上層業(yè)務(wù)命令增多時(shí)，占用對(duì)應(yīng)Block的數(shù)量也會(huì)增多，則統(tǒng)計(jì)的填充比率增加，從而為該類業(yè)務(wù)命令分配更多的Block空間。
[0030]在上述填充比率統(tǒng)計(jì)過程中，可能存在某一種Block始終未被使用或極少使用的情況，也要為其保留一定比例(例如1% )的空間備用。
[0031]具體的分配策略如圖8所示。假設(shè)某一時(shí)刻統(tǒng)計(jì)的各Block的填充比率為:4K為30%，8Κ為30%，16Κ為30%，32Κ為5%，64Κ為5% ; 10秒鐘后統(tǒng)計(jì)的填充比率為:4Κ為40%,8Κ為50%,16Κ為10%，32Κ為0%，64Κ為0%，則應(yīng)增加4Κ和8Κ Block的空間，減少16K、32K和64K Block的存儲(chǔ)空間。在此段時(shí)間內(nèi)，雖然32K和64K Block未被使用，但仍需預(yù)留一部分空間(例如，各1%)，在剩余空間中為41(、81(和16K按比例分配。同時(shí)，在減少某種Block的空間之前，需檢查該Block的空間是否已被全部填充，若某種Block空間已被用完，則按照LRU方式提取需要釋放的空間，將里面的數(shù)據(jù)置為無效，然后再重新劃給需要多分配空間的Block。
[0032]本發(fā)明根據(jù)業(yè)務(wù)命令大小選擇需要填充的Block大小，盡量減少磁盤的回讀次數(shù)，提高SSD Cache的填充速度。同時(shí)，根據(jù)業(yè)務(wù)命令大小的分布趨勢(shì)，動(dòng)態(tài)調(diào)整SSD Cache的不同Block的分配空間，進(jìn)一步降低了對(duì)磁盤的隨機(jī)命令請(qǐng)求，提高了 SSD Cache的填充速度，達(dá)到提高隨機(jī)讀取性能的目的。
[0033]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種SSD Cache填充方法，應(yīng)用于存儲(chǔ)設(shè)備上，其特征在于，該方法包括: 將SSD Cache劃分成若干不同大小的塊Block ； 根據(jù)待填充數(shù)據(jù)塊大小，選擇與所述待填充數(shù)據(jù)塊大小最接近的Block進(jìn)行填充，所述待填充數(shù)據(jù)塊大小小于或者等于所述Block大小。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 為所述不同大小的Block動(dòng)態(tài)分配存儲(chǔ)空間。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于: 每一種類型Block的存儲(chǔ)空間計(jì)算方法相同，具體為:
Qy = Q*Zy
其中， Q為SSD Cache的存儲(chǔ)空間總?cè)萘浚? Zy為m次Block填充個(gè)數(shù)百分比的平均值； Qy為分配的Block存儲(chǔ)空間容量； 所述大小相同的Block為同一類型Block ； 所述Block填充個(gè)數(shù)百分比為預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)當(dāng)前類型Block的填充個(gè)數(shù)占所有類型Block填充個(gè)數(shù)的百分比。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于: 當(dāng)某類型Block計(jì)算得到的Qy為O時(shí)，將預(yù)設(shè)大小的空間容量分配給該類型的Block。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:在進(jìn)行Block填充之前，還包括: 在接收到上層業(yè)務(wù)的讀請(qǐng)求，將磁盤中數(shù)據(jù)寫入讀緩存時(shí)，啟動(dòng)SSD Cache填充。
6.一種SSD Cache填充裝置，應(yīng)用于存儲(chǔ)設(shè)備上，其特征在于，該裝置包括: Block配置單元，用于將SSD Cache劃分成若干不同大小的塊Block ； Block填充單元，用于根據(jù)待填充數(shù)據(jù)塊大小，選擇與所述待填充數(shù)據(jù)塊大小最接近的Block進(jìn)行填充,所述待填充數(shù)據(jù)塊大小小于或者等于所述Block大小。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于: 所述Block配置單元進(jìn)一步用于為所述不同大小的Block動(dòng)態(tài)分配存儲(chǔ)空間。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于: 每一種類型Block的存儲(chǔ)空間計(jì)算方法相同，具體為:
Qy = Q*Zy
其中， Q為SSD Cache的存儲(chǔ)空間總?cè)萘浚? Zy為m次Block填充個(gè)數(shù)百分比的平均值； Qy為分配的Block存儲(chǔ)空間容量； 所述大小相同的Block為同一類型Block ； 所述Block填充個(gè)數(shù)百分比為預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)當(dāng)前類型Block的填充個(gè)數(shù)占所有類型Block填充個(gè)數(shù)的百分比。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于: 當(dāng)某類型Block計(jì)算得到的Qy為O時(shí)，將預(yù)設(shè)大小的空間容量分配給該類型的Block。
10.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，在所述Block填充單元之前，還包括: 填充啟動(dòng)單元，用于在接收到上層業(yè)務(wù)的讀請(qǐng)求，將磁盤中數(shù)據(jù)寫入讀緩存時(shí)，啟動(dòng)SSD Cache 填充。
【文檔編號(hào)】G06F3/06GK104133642SQ201410367728
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】吳會(huì)堂, 石巖, 姚婷 申請(qǐng)人:浙江宇視科技有限公司