[实用新型]一种单载体多目标缓存系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及存储系统缓存领域，具体涉及一种单载体多目标缓存系统。

背景技术

磁盘以其大容量、低价格等优势一直在计算机系统中占有一席之地，但是其内部的机械部件却限制了速度的进一步提升，特别是对于不连续的IO数据访问，性能更是远远跟不上内存的发展。所以，磁盘的访问速度一直是IO密集型应用程序的瓶颈。为了提高磁盘的读写性能，磁盘厂商在磁盘内部加入了缓存(Cache memory)，Cache是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。受限于磁盘的硬件结构，其上的缓存容量不可能特别大。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种单载体多目标缓存系统。

一种单载体多目标的缓存系统，其特征在于：包括外置缓存设备和磁盘。

本实用新型的第一种优选技术方案在于：所述缓存设备被按固定大小划分为若干Region，每个region维护相应的状态、必要的锁、tag信息。

本实用新型利用Linux的Device Mapper机制来管理多个磁盘设备，以其中的高速设备作为低速设备的Cache来建立一个两级存储系统，以较低的成本获得较高的存储性能。本实用新型将所管理的二级设备对用户来说都是不可见的，在使用过程中，这些伪设备的使用方式与传统的磁盘设备完全一样，只是系统自动地将缓存设备融入访问过程，用户会感觉到更快的访问速度，整个系统的IO性能会得到显著提高。

附图说明

图1为多个磁盘共享一个缓存设备结构图

图2为缓存系统整体结构

图3为缓存系统映射方式

具体实施方式

为了充分利用大容量的缓存，系统中可以使用多个磁盘设备共享一个缓存设备，如图1所示。在这样一个系统内，用户通过唯一的外置磁盘Cache来加速多个磁盘的访问速度，此外置Cache同时缓存着多个磁盘的数据。

本实用新型的整体结构如图2所示，disk 1、disk 2和disk 3是磁盘设备，shared cache device是缓存设备，这些设备被虚拟成三个伪设备：pseudo disk1、pseudo disk 2和pseudo disk 3，分别对应三个磁盘设备。缓存设备与磁盘设备是一对多的关系，即一个缓存设备可以被多个磁盘设备共享，但是任何一个磁盘设备只可使用一个缓存设备。至于设备，具体则对应于partition，即Linux下的块设备文件/dev/sdal等。

本实用新型对磁盘设备作缓存，本身的思路比较直观，类似于处理器Cache，它将缓存设备按固定大小划分为许多region，一般地，region的大小为64K～1M，且为2的幂，在系统运行前决定，一旦运行不可再动态更改。region是缓存设备管理的基本单位，可类比处理器中的Cache Line。每个region维护相应的状态、必要的锁、tag等信息。region相对于文件系统的请求是比较大的，文件系统I/O的最小单位一般是512字节(称之为sector)，因此文件系统的一次I/O更多可能是只覆盖了某个region的部分区域，鉴于此，每个region还需要维护若干位图，用来标记其中各个sector的状态。

文件系统建立在伪设备上，用户通过文件系统发出的IO请求通过伪设备进入本实用新型控制的系统中，对不同伪设备的请求，系统可以对应到不同磁盘设备上。主要的问题是如何将这些地址对应到缓存设备上，因为缓存设备的容 量小于磁盘设备，特别是多个磁盘设备需要共享同一个缓存设备，所以缓存设备只能保存一小部分磁盘设备上的数据。两者采用组相连方式映射，如果将所有磁盘的容量看成一个整体映射到共享的缓存设备，那么每个磁盘设备只能利用其中的固定的缓存空间，而无法根据用户对各个磁盘的使用情况作出动态调整。本实用新型为每个磁盘设备分配独立的缓存空间，然后再分别对它们做组相连的映射，如图3所示。这样，当系统检测出某个磁盘设备需要更大或者更少的缓存空间时，可以自动地对缓存设备进行再分配，从而使整个系统获得更好的IO性能。