[发明专利]一种缓存动态分配管理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及网络存储技术，尤其涉及网络存储系统缓存空间分配技术。

背景技术

在涉及众多主机的数据存储的网络环境中，为了提高数据存储的可靠性和安全性，同时为了存储容量的扩展性和灵活性，网络存储技术应运而生。通常来说，网络存储系统的作用是为客户端PC机或者服务器(一般统称为主机或Host)提供可用的存储空间。

一般网络存储系统的前端可以通过IP网络或者FC网络与主机相连，为主机提供数据存储服务。在数据传输方面，以基于IP承载的网络存储系统为例，主机可以基于标准的iSCSI(互联网小型计算机系统接口)协议网络存储系统进行数据的读写操作。网络存储系统的核心是存储控制器(Storage Controller)，存储控制器进行数据处理并把数据写入到后端物理磁盘中。

在网络存储系统中，由于磁盘的访问性能较低，为避免磁盘成为整个网络存储系统性能的瓶颈，网络存储系统通常从物理内存中划分一块空间作为高速缓存(Cache)，即从存储资源中复制频繁使用的数据到Cache中，用于快速访问。处理器在接收到读数据请求时，首先访问Cache，检查Cache是否保存了要访问的地址的数据，如果是，则将数据快速返回给处理器；如果否，直接访问磁盘，并把从磁盘中读取的数据保存在Cache中，便于下一次访问该地址的数据。处理器在接收到写数据请求时，把数据写入到Cache中，命令直接返回。网络存储系统根据特定的策略在后台自动刷新Cache中的数据到磁盘中，释放Cache的空间。通过Cache技术，可有效利用物理内存高速访问的特性来优化整个网络存储系统的性能。

请参考图1，一般来说，网络存储系统对于Cache管理与分配可以基于逻辑资源(LUN)，也可以基于RAID(独立磁盘冗余阵列)。顾名思义，如果是基于LUN管理分配方式，则在分配Cache空间时，以LUN为单独进行分配，比如给LUNx分配了大小为A的Cache空间，给LUNy分配了大小为B的Cache空间。如果是基于RAID，在分配Cache空间时，以RAID为单独进行分配，比如给RAIDx分配了大小为A的Cache空间，给RAIDy分配了大小为B的Cache空间。不管是哪种方式，都存在Cache空间管理的问题。把Cache划分为一个个Cache Page(缓存页面，通常是缓存管理分配的最小单位)，然后进行统一的调度。下面以Cache基于LUN为例进行说明。

现有技术中有比较流行的两种Cache管理方式。一种是平均分配方式。比如Cache空间容量是5GB，有5个LUN启用了缓存功能，那么每个LUN分配到的Cache空间就是1GB。另一种方式是固定分配。比如Cache空间容量是5GB，有5个LUN启用了缓存，根据LUN上不同的应用，用户可设置LUN1的Cache空间为2GB、LUN2、LUN3的Cache空间分别为1GB，LUN4、LUN5的Cache空间分别为0.5GB。

然而一台网络存储设备可以支持的物理内存大小往往是有限的，其取决于硬件平台可提供的物理内存插槽数以及单根物理内存条的大小。另一方面，配置大容量的内存也会增加设备成本。按照目前大部分产品的规格，磁盘容量和Cache容量的比例可达到16000∶1，甚至更高，因此如何有效利用Cache空间变得更重要。上述两种方案共同的问题是：不符合网络存储设备内业务流量动态变化的特点。比如LUN1上一段时间内没有业务，但是也会占用2GB的缓存空间，即使LUN4、LUN5上存在大压力的业务，也不能使用LUN1的空间来优化当前业务的性能。因此上述两种方案，缓存利用率和业务不是最佳匹配，缓存利用率不高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种缓存空间动态分配管理装置，用于执行网络存储系统内的缓存管理操作，其中网络存储系统包括存储控制器以及多块磁盘，所述存储控制器的前端端口通过网络连接主机，所述存储控制器的后端磁盘端口与所述磁盘相连；其中该装置包括：

状态监测单元，用于监测网络存储系统内各启用了缓存功能的存储资源(SU)上的来自主机的IO请求情况，并根据预定的规则将启用了缓存功能的SU区分为活跃状态和不活跃状态；

阈值计算单元，用于在SU状态发生改变时，计算系统内不活跃SU可以分配到的缓存最大值SUmin或者活跃SU可以分配到的缓存最大值SUmax，其中SUmin等于第一预设缓存大小除以启用了缓存功能的SU总数，其中SUmax等于第二预设缓存大小除以活跃SU总数加上SUmin；